comsol中怎样模拟含固

comsol喷墨液滴仿真

Comsol inkjet_nozzle_ls

最近在研究comsol，上期讲的是压电仿真，这期来说说多相流液滴仿真，详细解读其中参数的意义。更多学习资料关注vx gzh：CAE备忘录

官方案例下载网址：https://cn.comsol.com/model/inkjet-nozzle-8212-level-set-method-1445

01

参数化几何

首先将几何中各关键尺寸进行定义。在全局定义下的参数1，如果找不到可以右键选择参数。

然后在几何中右键添加一个矩形，确定大小（宽度和高度），位置（有两种选择，一种是角，就是矩形左下角的坐标；一种是居中，就是中心点的坐标。轴对称几何会以（r,z）表示）。

遇到不规则多边形，可以添加一个多边形。多边形的操作就是将每个拐点坐标输入即可，以（r,z）表示。数据源有三种表示方式，分别是文件、表格、矢量。文件可以是txt，csv，dat格式，将每个点的坐标以文件的形式储存，r、z坐标值可以用空格或英文输入状态的逗号隔开；表格就是直接在软件中输入r、z坐标即可。

其他几何设置大同小异，参见官方案例文件。

02

材料设置

材料设置有两种方式，一种是在软件自带的材料库中选择，用右键点击-从库中选择材料，里面有各种各样的材料供选择。另外一种是右键建立一个空材料，这时候材料是没有任何属性的，这时候你要添加材料属性需要在材料属性下拉菜单中选择对应属性。

03

层流设置

层流中一般设置出口和入口对应的面和边即可，其他都默认。入口中还需要设置入口边界条件，这个包括速度、压力、质量流和充分发展的流动，其中充分发展的流动表示在入口就形成稳定状态下的速度和压力情况，例如，速度在入口处分布呈抛物线。一般建议选择充分发展的流动。

这里选择的是平均速度，这个变量v_in需要在组件-定义-变量，v_in=0.56[m/s]*rect1(t[1/s])，其中0.56相当于速度幅值；因为要形成液滴，需要在入口设置一定脉冲，可以用矩形波、波形（正弦波wv）等，这里使用的rect1是在组件定义或者全局定义中插入的矩形波函数。

04

水平集设置

首先定义初始值，因为这个案例是两相流，将白色部分（空气）定义为初始值1，选择流体1，黑色部分（墨水）定义为初始值2，选择流体2。

comsol5.6以下的版本会设置一个初始界面，表示两种液体开始时的交界面，后续版本不用再设置了。

再定义入口和出口，入口处需要指定进来的液体是哪种，这里很明显应该指定流体2（墨水）。

最后，有一个比较重要的设置，在水平集模型1中，重新初始化参数和界面厚度控制参数。

重新初始化参数一般取速度场中出现最大的幅值，如果不知道可以先按默认值计算，有结果的话再预估一个数值重新计算。

界面厚度控制参数的值大约等于h/2，其中h为液滴经过区域网格的最小值。在出现计算不收敛情况可以通过调整这两个值可以使计算更加符合实际，收敛情况也会变好。

05

多物理场设置

添加两相流,水平集和湿润壁。两相流，水平集中需要将流体1选择空气，流体2选择墨水，并勾选表面张力中的在动量方程中包含表面张力，填入表面张力系数0.07，这里如果不勾选的话就形成不了液滴，材料也是与之前水平集中的流体1流体2一一对应。湿润壁中需要选择边界，一般选择那些液体与空气有可能接触的边界。

06

结果云图

在二维轴对称结果中是可以看到旋转之后的三维结果的，可以自定义一个二维旋转数据集，如下图所示：

数据集中选择网格解旋转之后会得到一个三维实体，如果选择二维边则得到一个曲面，这个二维边可以选择所需要的边使结果更加直观。

轴定义方法可以选择两点坐标，也可以选择一个点和一个矢量。旋转层中层数不清楚控制什么的，有知道的可以私信我，其中起始角度和旋转角度可以自定义，可以使结果更好的表示。

结果中三维体积分数给大家详细说明一下，主要添加了等值面、切面、和两个表面。

等值面中数据集来自父项，父项是二维旋转1，表示旋转360度的实体，在水平处填写0.5表示只显示体积分数为0.5的面，颜色改为均匀黑色，表示墨滴的形状。

切面也是继承父项表达式是速度，这表是这一个面切面的速度云图，使墨滴更有速度感。

表面1是二维旋转3，二维边选择了所有外边，且从0旋转到230度，这个面表示喷墨的外轮廓面。

表面2选择了二维旋转4，二维边仅选择了喷嘴段外边，并以均匀黑色着色，表示上部分充满墨汁。

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