分享一个有趣的算例,这算例模拟了一个水洞实验,入口流速 20m/s。计算域是一个长方体,长方体中放置了一个弹头。弹头的周围和后部出现了空化现象,也就是水在低压下变成水蒸气的现象,与沸腾一样是汽化,不同的是,空化是发生在局部的、低压造成的。
算例的位置是 $FOAM_TUTORIALS/multiphase/interPhaseChangeFoam/cavitatingBullet,这个算例在3.x版本和4.x版本中是相同的,笔者使用 OpenFOAM 3.0.0。
空化模型的定义在 constant/transportProperties 字典,可以看到,空化模型为 Schnerr Sauer,饱和蒸汽压为 2300Pa。各种模型常数和流体的物性也在该字典中给出。
这个算例没有使用紊流模型,应用了层流假设。但 interPhaseChangeFoam 支持 RANS 和 LES 的各种紊流模型,只是同时使用空化模型和紊流模型可能会带来稳定性上的问题,对数值方法有更多的限制。
Allrun 脚本显示,该算例先调用 potentialFoam 求解器进行初始化,在此基础上调用 interPhaseChangeFoam 继续求解。运行 Allrun 脚本。
求解完成后进行后处理。题图是水的体积分数云图,下图局部放大后加了箭头的效果。我们可以看到,因为弹头较钝,流线分离后形成低压,低压区的水汽化,这就是空化现象。

有兴趣的读者可以利用 sample 工具提取等值面得到整个空泡的形状。
今后的专栏文章将详细介绍空化模型和 interPhaseChangeFoam 求解器,敬请期待!