FLOW3D卷气与穴蚀模型详解

"FLOW3D是一款专业的三维流体动力学模拟软件，专注于解决各种复杂的流体流动问题。此文件详细介绍了FLOW3D中的物理模块，包括卷气模型、非膨胀卷气模型、穴蚀模式以及穴蚀势能模式，这些模型在水力学、水处理、铸造工艺以及民生产品设计等领域具有广泛应用。" 在FLOW3D软件中，物理模块是模拟真实世界现象的关键部分。以下是这些模型的详细说明： **卷气模型 (Air Entrainment)** 卷气模型关注流体流动过程中吸入的微小气泡。这种情况在多种场景中都至关重要，例如水处理（维持微生物生存）、河流生态系统（保护鱼类）、水电站溢洪道（减少穴蚀损害）、水跃现象、金属铸造的浇道系统以及液体容器的填充过程。卷气模型分为两类：非膨胀卷气和膨胀卷气。 **非膨胀卷气 (Non-Bulking Air Entrainment)** 在这种模型中，假设卷入的气体量相对较小，对流体密度的影响可以忽略不计，因此不会改变流体的运动特性。它适用于卷气影响不显著的情况。 **膨胀卷气 (Bulking Air Entrainment)** 膨胀卷气模型考虑了大量空气卷入后对流体密度的影响。需要启用Density Evaluation和solve transport equation选项，以计算卷气导致的流体体积增加，从而影响流体密度。此外，Drift Flux物理模型用于模拟因浮力作用而上升的空气。 **穴蚀模型 (Cavitation Model)** 穴蚀是流体压力低于某个临界值（穴蚀压力）时气泡形成的现象，可能导致材料损伤。在FLOW3D中，通过"Activate Cavitation Model"可直接模拟这一过程。关键参数包括气泡生成速率（由"Characteristic time for formation of cavitation bubbles"控制）和穴蚀压力。为了精确模拟，网格应足够细以捕捉气泡的生成，但可能无法模拟极小气泡的初始形成阶段，因为它们可能小于网格尺寸。 **穴蚀势能模型 (Cavitation Potential Model)** 这个模型提供了一种效率更高的方法，用于估算固体表面可能发生的穴蚀区域，而不是直接计算气泡生成。通过积分局部流体压力与穴蚀压力之差，可以预测穴蚀的可能性。这种方法不涉及实际的气泡动态，而是侧重于评估穴蚀的潜在风险。 这些模型在FLOW3D软件中提供了强大的工具，使得工程师和研究人员能够预测和分析各种工程和自然环境中的复杂流体流动现象，从而优化设计和解决问题。理解和掌握这些模型的应用，对于在相关领域进行精准的数值模拟至关重要。