FLUENT水力学应用之我见（欢迎大家批评）

marvin97

VOF模型（水气二相流）
VOF模型1981年由HIRT提出，当时主要研究压力容器里面水体表面曲线。后来被水力界引入，演变为河川动力二、三维数值模拟的利器之一。主要应用方面是对二、三维水体运动和变迁的数字模拟。例如，我们推求的水面曲线都是一维的，假设的都是明渠水流，但是对于有复杂边界河道（如丁坝，码头）就不行了，对湖泊，近海，宽阔水面就必须使用二维以上的数值分析。
除了对水面曲线的推求，FLUENT还可以对任意一个点的流速，压强，流向求求解，可以应用于隧洞无压流流场分析（有压流属于单相流，求解更简单），对高坝泄洪，空蚀空化，挑流消能，都可以直接模拟出来。
现在介绍FLUENT第二个模型：
欧拉模型：
欧拉公式大家都听说过，但是这里的欧拉模型要复杂得多，它的应用在水力学上就是一个：泥沙模拟。
其实水力挟沙也是二相流（液固二相，如果要加水面就是三相流，这个可能全国没有几个人搞过吧，那位搞过的真的就是牛人中的牛人），泥沙问题就是研究泥沙在水中停止运动的问题，跟水的流速有关，准确说是水流速的3～4次方关系，这也是流体分析的内容。应用范围大家肯定比我还清楚，我举个简单例子——电站取水口后面的沉沙池，是最简单的泥沙问题，可以用FLUENT的欧拉模型求解。
第三个模型
混合模型：，
混合模型就很好理解,气体对气体，液体对液体，不同相之间都可以混合的，它在水力学上的应用应该是液液比较多一点，比如，河道岸边污染带的模拟，两条河道汇流模拟，市政设施排污设计论证，都可以用到它。
其实这三个模型不是绝缘的，某些情况下都可以适用，举例欧拉模型和混合模型都可以计算不同密度液体之间的搅混问题，VOF模型的某些问题也可以用欧拉模型求解。

seast

不知楼上这位朋友的理论是不是得到了实践。在此我也谈一点体会。
在我的应用过程中，并没有发现乐观的结果。在我初步尝试时，用vof模型在计算自由表面问题，计算结果中气液两相并没有一个明显的界限，这与自然界的现象是不一致的，现实中水表面是很清晰的，计算结果很多情况想要得到明确的水面线，而且在fluent显示vof模型的计算结果的时候，不能方便的给出每一相的流速矢量场，水气矢量场掺在一起，很别扭，因为大家都不会关心河流上面空气的流速分布。
我倒是很希望fluent能对水利行业作出贡献，那我只用把fluent搞通就万事大吉了：）希望实践成功的朋友分享经验。

marvin97

斑竹,您好
看了您的问题,我非常高兴您对我的指教,根据我的实践经验,FLUENT的水面分界可以做到比较清楚,关键是网格划分和迭代步长做好,我也做个跟您上面一样的二维溃坝水面模拟,型式基本一样,可惜我在外地,不能传一个上来与您探讨,而且我不会做GIF动画,只有不同时段的静态图片,汗!
FLUENT在水力学的应用还是比较有前景的,个人意见

seast

谢谢marvin97分享经验，多谢指点：）

jackliucheng

其实利用VOF编程进行两相流的模拟精度还可以,但是我没有时间学软件.软件应该更加完善.

wxg40007

marvin97兄弟，好多人都说fluent不能做带自由表面的流体模拟，也有人说可以，我也相信可以，但没做过，想拿它试一下河道汇流，还请多多指教！

gufengfeng

用fluent做整个的河道汇流可能有点难度，但节点是可以考虑的。
个人认为用fluent做水力学计算有点问题，不知道大家考虑过糙率（fluent是三维的所以取Cd，但也是这个意思，用来表示沿程和局部损失）的取值吗？大家不知道有没有为了和实际水面线符合而不停调整糙率的经历，这个问题比vof还要重要和实际一点：）因为现实中，糙率值通常在各个计算坐标段和各个时间段都有不同的值，我们教研室有牛人用遗传算法求得恒定流的最佳值（博士论文就这样诞生了：）），但是在fluent中呢？好像难了点。个人认为，做局部三维也许可以，但是对属于二维的河道计算，有点强人所难，大家觉得呢？

fzf

我觉得用fluent计算河道水面线有点不现实，因为水利工程中的河道范围都非常大，如果用fluent中的vof算法计算水面线的话，理论上是可以的，但是实际操作起来非常困难。因为河道特别是有建筑物的河道平面上的网格数就非常庞大，如果要用vof法算水面线的话，就需要对水面附近的网格做得非常密，这样一来沿水深方向的其它网格也不能太稀，因为几乎所有的计算对相邻网格的变化尺度都不能太大。另外，只要垂向有网格密的要求，水平向的网格尺度也不能太大，所以我觉得对比较大的河道，fluent几乎是无能为力的。我的建议是可以采用嵌套模拟的方法。就是说可以先用二维的软件如delft3d计算大区域的流场等，为建筑物附近的小区域提供边界条件，然后再用如fluent等软件对建筑物附近水流进行比较精细的模拟。

dql

你的计算河道是啥样的?
宽浅河流吗?===用delft-3D

marvin97

谢谢大家分享经验，我其实不是搞水力学，是搞水工的，粘点边，欢迎各位到水利工程网：
www.shuigong.com
指点江山：）