控制
$$v = \sqrt{2gh}$$
托里切利定理:\(h\) 为液面高度 [m],\(v\) 为流出速度 [m/s]
$$Q = C_d A \sqrt{2gh}$$
流量:\(C_d\) 流量系数(≈0.6~0.7),\(A\) 开口面积 [m²]
$$\frac{dh}{dt} = -\frac{A_{out}}{A_{tank}} C_d \sqrt{2gh}$$
槽水位时间变化:\(A_{tank}\) 槽断面积
通过粒子法(SPH)实时再现液体注入容器的过程。改变重力、粘度、容器形状,可观察飞沫、下落、着水后的沉降,体验铸造充填和晃动解析的入门。
$$v = \sqrt{2gh}$$
托里切利定理:\(h\) 为液面高度 [m],\(v\) 为流出速度 [m/s]
$$Q = C_d A \sqrt{2gh}$$
流量:\(C_d\) 流量系数(≈0.6~0.7),\(A\) 开口面积 [m²]
$$\frac{dh}{dt} = -\frac{A_{out}}{A_{tank}} C_d \sqrt{2gh}$$
槽水位时间变化:\(A_{tank}\) 槽断面积
铸造工艺模拟:预测熔融金属(铸液)在铸模中如何流动、充填。提前识别涡流、气孔(空洞)发生,减少不合格品,优化浇口位置和注入速度设计。
汽车燃料槽、油盘设计:分析车辆急加速或过弯时内部液体如何摇晃(Sloshing)。评估液体运动导致的重量转移和槽壁冲击压力,提高稳定性和耐久性。
海洋工程、船舶设计:分析恶劣海况下海水打上甲板(Green water)、船周围复杂波动影响。网格法难以追踪的自由表面大变形和飞溅,用粒子法可有效捕捉。
食品、化工工艺:模拟液体充填、搅拌过程,巧克力、番茄酱等粘性流体流动。优化产品均一性,改善容器注液行为。
首先,粒子数越多越好——这是大误解。确实增加粒子数提高分辨率,但计算时间按粒子数平方增长。实务中,要找到"满足精度的最小粒子数"。比如,只看容器整体流动可用粗粒子,但要捕捉细小液滴和表面张力影响,需局部细化粒子。
其次,参数设置陷阱。模拟器的"粘度"、"表面张力"滑块通常是无量纲相对值。要对应实际流体值,需要考虑缩放(相似律)。仅凭粘度滑块数值不能直接对应真实流体。实务中,用已知简单情况(如圆管内流)对比模拟结果和理论/实验值,进行"验证"来较准参数是必不可少的。
最后,初始条件的重要性。粒子均匀排成网格开始注入,与随机排列差异很大,影响初期不稳定性和最终结果。此外,注入速度设过快会导致非现实压力和飞散,计算发散。仔细观察真实过程,设置符合的初始状态是第一步。
铝铸造液流解析:重力9.8m/s²、粘度0.003Pa·s(1200℃铸液)、注入速率15mL/s、容器高度200mm、容器体积5000mL、粒子数50000个条件下,充填时间约333秒,最大流速约2.1m/s。晃动波最大高度约45mm,空气卷入危险区清晰可视化。