弥漫的烟圈-Abaqus涡环仿真与空气大炮

今天简单地讨论一下这个有趣的流体现象-烟圈，并使用Abaqus欧拉分析对它的形成过程进行仿真，揭示其中的力学奥秘。

烟圈

喷气圈的海豚

在流体力学里面，烟圈和水下气圈有个共同的名字，叫做Vortex Ring，即涡环或环形涡流。

它经常发生在液体或气体流场中处于湍流状态的区域，比如直升机旋翼的翼尖/火炮筒出口/心脏二尖瓣/核爆蘑菇云等。

直升机涡环

空气大炮涡环

涡环的形成过程

涡环的流动特点

可以形成涡流环的一种方式是通过将小部分快速移动流体（A）注入大量静止流体（B）中（可以是相同流体）。

两种流体之间界面处的粘性摩擦减慢了A的外层相对于其核心的速度，然后，这些外层在A周围滑动并在其后部聚集。

中心质量持续前进，外层被“锁定”在环内，最终结果是A中的极向流动，演变成涡环。

涡环的前行速度大约是核心质量前行速度的一半。

涡环的极向流动

Abaqus涡环的欧拉多相流体仿真-材料截面

多相流的烟圈材料体积分数云图-坐标截面

多相流的流场速度矢量-坐标截面

涡环流场流线图

空气大炮的威力

蘑菇云

Tips：

在欧拉分析或者CEL分析的后处理中要善于使用View Cut和Stream Line功能，并注意材料截面和坐标截面的不同。

作者：邓怡超，仿真秀科普作者。

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