STAR-CCM+：毛细作用仿真

2025-04-10 22:35:20

模型描述：两个方腔，左侧为甘油，右侧为空气，中间由1mm宽的狭长通道连通，仿真在毛细作用下，甘油进入空气腔的过程。

工具/原料

Simcenter STAR-CCM+ 2020

模型导入

1、打开STAR-CCM+，新建simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK。

2、点击File>Import>Import Volume Mesh，导入multiphaseFlow > gridfs.ccm文件，保存为capillaryEffects.sim。

3、点击Mesh >挢旗扦渌; Convert to 2D，勾选Delete 3D Regions After Conversion，将3D模型即转化为2D模型。转化为2D模型必须满足：要投影的网格面必须平行于X-Y平面，且某一边界面必须在X-Y平面上，即Z=0的平面。

4、删除Continua > Physics 1。显示网格。

5、原始网格尺寸过大，为仿真1mm通道作用下的毛细作用，将网格缩放1000倍。点击菜单栏Mesh > Scal髫潋啜缅e Mesh，Scale Factor设为0.001，点击Apply进行缩放。点击Reset View或快捷键R自适应显示缩放后的模型。

物理模型

1、重命名Physics 1 2D为Injector。设置欧拉多相流模型。

2、右键Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases，新建Phase 1，重命名为C3H8O3。同理，新建Phase 2，命名为Air。分别选择Liquid和Gas属性。

3、点击C3H8O3 > Models > Liquid > H2O，右键Replace with，选择C3H8O3 (Glycerine)。

4、定义Phase Interactions。展开Inje罕铞泱殳ctor > Models > Multiphase Interaction > Phase Interactions，右键新建Phase Interaction，模型选择VOF-VOF Phase Interaction，Interface Momentum Dissipation，Surface Tension Force，Multiphase Material。

5、表面张力设为0.059688 N/m。Primary Phase选择C3H8O3，Secondary Phase设为Air。

初始条件

1、利用Field Function函数定义Liquid和Air的初始空间分布。点击Tools > Field Functions，右键New > Scalar ，命名为Initial Distribution。在Definition里输入坐标的条件判断语句($$Position[0]>=-0.001)?0:1。同理，新建Field Function，命名为Initial Distribution (Air)，Definition中输入1-${Initial Distribution}。

2、展开Initial Conditions，Volume Fraction方法选择Composite，C3H8O3选择Initia造婷用痃l Distribution，Air选择Initial Distribution (Air)，即定义左侧腔为甘油，右侧腔为空气。

3、展开Reference Values，设置Gravity矢量为[9.81,0.0] m/s^2，重力沿+X方向。

边界条件

1、将默认的Default_Fluid 2D重命名为Fluid。分别设置Boundary的Type，Bottom为Symmetry Plane，Left为Velocity Inlet，Right为Pressure Outlet，其他为Wall。

2、展开Middle > Phase Conditions > Phase Interaction 1 > Ph烤恤鹇灭ysics Values > Contact Angle，设为45 deg。同理，将TopLeft和TopRight的接触角也设置为45 deg。

3、展开Left > Physics Values，Velocity Magnitude设为0.001 m/s，Volume Fraction设为[1.0, 0.0]，只允许Liquid从该边界流入。

4、展开Right > Physics Values，Volume Fraction设为[0.0, 1.0]，只允许Air从该边界流入。

求解条件

1、展开Solvers，Implicit Unsteady时间步长设为0.001 s。

2、展开Stopping Criteria，勾选Maximum Steps，设为2000，Maximum Inner Iterations默认5步，不勾选Maximum Physical Time。

后处理显示

1、新建Scalar Scene，Scalar Field选择Volume Fraction of C3H8O3，监控C3H8O3的体积变化。Contour Style选择Smooth Filled。点击Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。