Details

Работа посвящена численному исследованию ламинарного и волнового режимов течения жидкой пленки по вертикальной стенке с использованием метода Volume of Fluid в ANSYS Fluent.  Для ламинарного режима получено хорошее совпадение численных результатов с аналитическим решением. Исследовано влияние схем аппроксимации объемной доли жидкости, а также сеточного разрешения на предсказываемое течение. Проведены расчеты волнового течения пленки по вертикальной пластине при разных значениях определяющих параметров (число Рейнольдса, число Вебера и число Фруда). Для получения установившегося волнового течения на входной границе на параболический профиль скорости накладывались малые возмущения. Проанализировано влияние частоты и амплитуды входных возмущений на форму и скорость волн, а также исследована чувствительность решения к сеточному разрешению и схемным факторам. Исследована структура волн (вектора и профили скорости в разных сечениях), полученных в расчетах при разных значениях определяющих параметров. Показано, что предсказанные в расчете скорости распространения волн для всех режимов находятся в хорошем согласии с литературными и экспериментальными данными, что позволяет сделать вывод о применимости метода VoF для моделирования волнового режима течения жидкой пленки.

This work is devoted to the numerical investigation of laminar and wavy flow regimes of a liquid film along a vertical wall using the Volume of Fluid (VoF) method in ANSYS Fluent. For the laminar regime, good agreement was obtained between the numerical results and the analytical solution. The influence of volume fraction discretization schemes and mesh resolution on the predicted flow was investigated. Simulations of wavy film flow on a vertical plate were carried out for various values of key dimensionless parameters (Reynolds number, Weber number, and Froude number). To achieve a steady wavy flow regime, small perturbations were superimposed on a parabolic velocity profile at the inlet boundary. The influence of the frequency and amplitude of the inlet disturbances on the shape and propagation speed of the waves was analyzed. Additionally, the sensitivity of the solution to mesh resolution and numerical schemes was studied. The structure of the waves (velocity vectors and profiles at different cross-sections) was examined for different sets of governing parameters. It was shown that the wave propagation velocities predicted by the simulations are in good agreement with literature and experimental data for all flow regimes, supporting the applicability of the VoF method for modeling wavy liquid film flow.