瀰漫的煙圈-Abaqus渦環仿真與空氣大炮

2021-02-26 USim

今天簡單地討論一下這個有趣的流體現象-煙圈，並使用Abaqus歐拉分析對它的形成過程進行仿真，揭示其中的力學奧秘。

煙圈

噴氣圈的海豚

在流體力學裡面，煙圈和水下氣圈有個共同的名字，叫做Vortex Ring，即渦環或環形渦流。

它經常發生在液體或氣體流場中處於湍流狀態的區域，比如直升機旋翼的翼尖/火炮筒出口/心臟二尖瓣/核爆蘑菇雲等。

直升機渦環

空氣大炮渦環

渦環的形成過程

渦環的流動特點

可以形成渦流環的一種方式是通過將小部分快速移動流體（A）注入大量靜止流體（B）中（可以是相同流體）。 

兩種流體之間界面處的粘性摩擦減慢了A的外層相對於其核心的速度，然後，這些外層在A周圍滑動並在其後部聚集。

中心質量持續前進，外層被「鎖定」在環內，最終結果是A中的極向流動，演變成渦環。

渦環的前行速度大約是核心質量前行速度的一半。

渦環的極向流動

Abaqus渦環的歐拉多相流體仿真-材料截面

多相流的煙圈材料體積分數雲圖-坐標截面


多相流的流場速度矢量-坐標截面

渦環流場流線圖

空氣大炮的威力

空氣大炮打紙杯仿真

蘑菇雲

Tips：

在歐拉分析或者CEL分析的後處理中要善於使用View Cut和Stream Line功能，並注意材料截面和坐標截面的不同。

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