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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 仿真模拟 » FLUENT & CFX » VOF模拟气泡上升 气泡发生左右摆动的原因
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liutao2011

银虫 (小有名气)

[交流] VOF模拟气泡上升 气泡发生左右摆动的原因

我用VOF模型模拟一个二维， 初始形状为圆形的气泡在静止的水中上升
只考虑重力 其他条件均左右对称 上顶设置outflow 其他设置无滑移wall
模拟出来的动画显示气泡的运动，发现气泡会有微小的左右摆动上升情况。
一直很疑惑促使气泡左右运动的原因是什么，理论上来说，气泡受力，变形均为左右对称 应该直线上升。
欢迎大家积极讨论一下VOF模拟气泡上升 气泡发生左右摆动的原因
气泡初始状态.png
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1楼 2013-06-07 14:43:05
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dragonship

铁杆木虫 (正式写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
liutao2011: 金币+1 2013-06-08 19:14:36
不知道你有没有接触过圆柱绕流。
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8楼2013-06-08 15:30:32
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tgvictor99

木虫 (知名作家)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
给力。虽然没做过vof。不过，如果气泡的形状是不变的话，完全可以看成气泡不动而流体在动。这样就是一个圆柱绕流问题，圆柱绕流在一定雷诺数下会形成涡街。这样尾缘的力左右是不对称的，气泡就会左右摆动了。而涡街的每个单涡的频率与绕流速度v成正比，与圆柱的直径成D成反比。小气泡的时候单涡的脱落频率更大一些，因此看起来摆动更为剧烈。
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23楼2013-12-13 13:05:48
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tarcy

金虫 (正式写手)
★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
liutao2011: 金币+1 2013-06-07 16:54:08
臭水沟: 金币+1, 谢谢交流~ 2013-06-07 20:27:26
边界条件对称，出场对称，那只有网格的问题了。
建议这种问题以后算一半，就完全对称了
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2楼2013-06-07 16:53:33
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by tarcy at 2013-06-07 16:53:33
边界条件对称，出场对称，那只有网格的问题了。
建议这种问题以后算一半，就完全对称了

网格为四边形网格，中间加密 网格质量较好
应该可以确定不是网格的原因
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3楼2013-06-07 16:55:06
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tarcy

金虫 (正式写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
臭水沟: 金币+1, 谢谢交流~ 2013-06-07 20:27:35
引用回帖:
3楼: Originally posted by liutao2011 at 2013-06-07 16:55:06
网格为四边形网格，中间加密 网格质量较好
应该可以确定不是网格的原因...

不是说网格质量不好的原因
而是网格无法做到绝对对称而已
所以会出现摇摆上升的情况
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4楼2013-06-07 17:04:20
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by tarcy at 2013-06-07 17:04:20
不是说网格质量不好的原因
而是网格无法做到绝对对称而已
所以会出现摇摆上升的情况...

网格绝对对称？？？
网格也是左右对称的呀
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5楼2013-06-07 19:19:25
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sinzhao22

新虫 (小有名气)
★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
臭水沟: 金币+1, 谢谢交流~ 2013-06-07 20:27:42
liutao2011: 金币+1 2013-06-08 09:04:08
现实中，气泡上升时成螺旋路径上升的，在模拟中一般就是摆动，我看过相关论文，气泡上升有摆动，羽化等几种形式，跟进气口的速度有关。
至于流体动力学理论，我就不知道了。你可以看一看气泡最上表面的受力情况，次接触面两侧气相，液相的流动情况。
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6楼2013-06-07 19:57:38
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
6楼: Originally posted by sinzhao22 at 2013-06-07 19:57:38
现实中，气泡上升时成螺旋路径上升的，在模拟中一般就是摆动，我看过相关论文，气泡上升有摆动，羽化等几种形式，跟进气口的速度有关。
至于流体动力学理论，我就不知道了。你可以看一看气泡最上表面的受力情况，次 ...

现实中气泡螺旋上升时因为在实际中 气泡左右受力不可能对称
在这里 不存在进气口速度的 ，我是在水中正中间patch一个气泡
谢谢你的回复
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7楼2013-06-08 09:06:53
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scarbry

铁虫 (初入文坛)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
liutao2011: 金币+2, 非常感谢 好像同样的道理 2013-06-08 19:14:22
liutao2011: 金币+8, 这是目前最靠谱的解释了 2013-06-08 19:23:53
xiegangmai: 金币+1, 谢谢参与！ 2013-06-10 20:59:52
卡门涡街
我以前也算过一个，完全对称的边界条件产生了不对称的结果，当时觉得很神奇
不过，看这个动画没看出来不对称
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9楼2013-06-08 16:36:46
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sinzhao22

新虫 (小有名气)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
xiegangmai: 金币+1, 谢谢参与！ 2013-06-10 21:00:13
引用回帖:
7楼: Originally posted by liutao2011 at 2013-06-08 09:06:53
现实中气泡螺旋上升时因为在实际中 气泡左右受力不可能对称
在这里 不存在进气口速度的 ，我是在水中正中间patch一个气泡
谢谢你的回复...

模拟是以现实实验为基准的，真实情况左右受力不对称，那模拟中呢，你看看模拟中受力对称吗？
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10楼2013-06-08 18:11:41
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
8楼: Originally posted by dragonship at 2013-06-08 15:30:32
不知道你有没有接触过圆柱绕流。

卡门涡街 以前学fluent做过范例  当时没注意
现在想想也是一样的条件对称 运动不对称
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11楼2013-06-08 19:15:28
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
9楼: Originally posted by scarbry at 2013-06-08 16:36:46
卡门涡街
我以前也算过一个，完全对称的边界条件产生了不对称的结果，当时觉得很神奇
不过，看这个动画没看出来不对称

这个动画是摆动很小 ，当气泡越小的时候摆动幅度越大
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12楼2013-06-08 19:16:15
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otten

新虫 (初入文坛)
★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
liutao2011: 金币+1 2013-06-10 18:20:54
xiegangmai: 金币+1, 谢谢参与！ 2013-06-10 21:00:28
气泡上升过程中，由于knuckling effect 的影响，当然会左右摆动了，详细情况可以查看相关资料
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13楼2013-06-10 12:50:26
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
13楼: Originally posted by otten at 2013-06-10 12:50:26
气泡上升过程中，由于knuckling effect 的影响，当然会左右摆动了，详细情况可以查看相关资料

还请指导knuckling effect 的大体概念是什么？
用有道翻译为屈服效应，百度的结果全是英语 。。。
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14楼2013-06-10 18:20:50
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openfoam

新虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
貌似我这个更明显哦 更多算例看我主页

[ Last edited by openfoam on 2013-7-11 at 00:54 ]
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15楼2013-06-15 10:35:22
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jiangmin1989

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
楼主很厉害~我也是???气泡在???水中的上???，??过??知???为什么，气泡在上???过程中的形???太大，有时候会完全?????????的椭圆，无法??楼主一样是圆形的，麻烦楼主指点下~我用的是层??，VOF，主相为空气，次相为水，跟楼主一样底部MARK一个圆形区域为气泡，水???高度15cm，气泡???径0.3cm，表???张力系数为0.073，使用的是PISO算法，时间步为0.0005。今天把空气设置为???想气体试了下，气泡形???为??圆???分裂??了两个??气泡，??知???是哪里出了问题。希望得到的效果是跟楼主一样，气泡能基本????圆形上???。谢谢了~~
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16楼2013-07-10 18:45:51
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elflegolas

铁虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
楼主很厉害~我也是做气泡在静水中的上升，不过不知道为什么，气泡在上升过程中的形变太大，有时候会完全变成扁扁的椭圆，无法像楼主一样是圆形的，麻烦楼主指点下~我用的是层流，VOF，主相为空气，次相为水，跟楼主一样底部MARK一个圆形区域为气泡，水面高度15cm，气泡半径0.3cm，表面张力系数为0.073，使用的是PISO算法，时间步为0.0001。今天把空气改为理想气体试了下，气泡形变为扁圆后分裂成了两个小气泡。希望得到的结果是跟楼主的结果一样，气泡大致保持圆形上升。谢谢了~
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17楼2013-07-10 18:59:03
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dongding

禁虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
3楼: Originally posted by liutao2011 at 2013-06-07 16:55:06
网格为四边形网格，中间加密 网格质量较好
应该可以确定不是网格的原因...

应该是网格原因，两边计算随即舍入误差不同。我觉得
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18楼2013-11-12 01:09:29
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dongding

禁虫 (小有名气)
引用回帖:
6楼: Originally posted by sinzhao22 at 2013-06-07 19:57:38
现实中，气泡上升时成螺旋路径上升的，在模拟中一般就是摆动，我看过相关论文，气泡上升有摆动，羽化等几种形式，跟进气口的速度有关。
至于流体动力学理论，我就不知道了。你可以看一看气泡最上表面的受力情况，次 ...

实际中出现左右摆动是由于环境非绝对对称，模拟不同。
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19楼2013-11-12 01:10:31
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dongding

禁虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
17楼: Originally posted by elflegolas at 2013-07-10 18:59:03
楼主很厉害~我也是做气泡在静水中的上升，不过不知道为什么，气泡在上升过程中的形变太大，有时候会完全变成扁扁的椭圆，无法像楼主一样是圆形的，麻烦楼主指点下~我用的是层流，VOF，主相为空气，次相为水，跟楼主 ...

气泡是否形变跟物理参数相关吧，比如你把液体设置为酒精和油，结果是不一样的
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20楼2013-11-12 01:12:34
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wesily

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
4楼: Originally posted by tarcy at 2013-06-07 17:04:20
不是说网格质量不好的原因
而是网格无法做到绝对对称而已
所以会出现摇摆上升的情况...

不是吧 气泡在水中就是螺旋形上升的 在二维图中看着就是摇摆上升的。
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21楼2013-11-17 19:58:08
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求真务实

铜虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
您好，能和你一块探讨一些关于VOF的问题吗？
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22楼2013-12-13 10:11:24
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xiaolongxing

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
17楼: Originally posted by elflegolas at 2013-07-10 18:59:03
楼主很厉害~我也是做气泡在静水中的上升，不过不知道为什么，气泡在上升过程中的形变太大，有时候会完全变成扁扁的椭圆，无法像楼主一样是圆形的，麻烦楼主指点下~我用的是层流，VOF，主相为空气，次相为水，跟楼主 ...

不知道你这个问题解决了没有  我现在也遇到这个问题了  求指导
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24楼2014-04-20 09:51:11
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
24楼: Originally posted by xiaolongxing at 2014-04-20 09:51:11
不知道你这个问题解决了没有  我现在也遇到这个问题了  求指导...

楼上所示，我的解释也是卡门涡街原理，如同楼上
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25楼2014-04-20 10:03:43
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xiaolongxing

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
25楼: Originally posted by liutao2011 at 2014-04-20 10:03:43
楼上所示，我的解释也是卡门涡街原理，如同楼上...

我现在在做气泡上升模拟的时候柯朗数总是过大，不知道该怎么解决下
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26楼2014-04-21 09:40:24
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
26楼: Originally posted by xiaolongxing at 2014-04-21 09:40:24
我现在在做气泡上升模拟的时候柯朗数总是过大，不知道该怎么解决下...

降低时间步长
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27楼2014-04-21 09:59:03
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
26楼: Originally posted by xiaolongxing at 2014-04-21 09:40:24
我现在在做气泡上升模拟的时候柯朗数总是过大，不知道该怎么解决下...

尝试换种算法
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28楼2014-04-21 09:59:35
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xiaolongxing

新虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
28楼: Originally posted by liutao2011 at 2014-04-21 09:59:35
尝试换种算法...

时间不长已经很低了   早上我试了下laminar 算法    确实不在出现这个问题     就是不知道这个算法跟ke相比怎么样
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29楼2014-04-21 12:02:09
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yuandatou123

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
楼主的顶面设置为outflow，这个边界条件的设置应该也值得推敲一下，反正模拟这东西，是不能全信的，计算的精度与设定对结果影响都很大。
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30楼2014-04-21 14:20:20
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
29楼: Originally posted by xiaolongxing at 2014-04-21 12:02:09
时间不长已经很低了   早上我试了下laminar 算法    确实不在出现这个问题     就是不知道这个算法跟ke相比怎么样...

我记得当时算这个时候好像时间步长是10e-5，但是只需要算1S左右就行了 ，所以也就半天算完了。还有可以尝试换种体积算法，可能有所改善，克朗数如超出1基本就不行了
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31楼2014-04-21 14:55:31
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liutao2011

银虫 (小有名气)
引用回帖:
30楼: Originally posted by yuandatou123 at 2014-04-21 14:20:20
楼主的顶面设置为outflow，这个边界条件的设置应该也值得推敲一下，反正模拟这东西，是不能全信的，计算的精度与设定对结果影响都很大。

谢谢指导，这是去年的研究了，现在已经不做这个模拟了
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32楼2014-04-21 14:56:08
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yuandatou123

金虫 (小有名气)
引用回帖:
32楼: Originally posted by liutao2011 at 2014-04-21 14:56:08
谢谢指导，这是去年的研究了，现在已经不做这个模拟了...

哦，呵呵，献丑了
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33楼2014-04-21 18:33:15
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vecent30

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请问楼主有没有考虑过气泡周围的受力情况？
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34楼2016-09-02 11:49:29
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