1、问题描述

固体边界上存在薄液膜的问题在工程实践中很常见。示例包括汽车发动机、燃气轮机、喷雾冷却系统和喷墨打印机的内表面上的液膜。根据条件，液膜和周围环境之间可能出现复杂的相互作用。这些相互作用需要进一步数学建模，以捕捉发展流的详细信息。

STAR-CCM+ 使用创建的壳区域作为液膜从中流动的空间。壳区域是空间中的表面域。该区域实际上为二维区域，只具备一个网格单元的厚度，并且其边界为边。可以通过现有区域边界创建壳区域。使用交界面将一个壳区域连结到一个区域或另一个壳区域。当创建壳区域时，将在原始流体区域与壳区域之间的边界（选择用于创建壳区域）处自动创建交界面。如果预计液膜流经多个壳区域，这些壳区域之间必须存在交界面。将通过属于不同区域的边界创建这些不同的壳区域。同样地，如果已经在区域内单独创建壳区域，则在这些壳区域之间手动创建交界面。

本案例演示如何使用STAR-CCM+ 的液膜建模功能。它模拟了沿三维导管的水流动的矩形膜的过程。由于重力作用，水沿壁面流动（下图中的湿壁面）过程中形成液膜。几何如下所示：

       初始水的厚度为 1 mm，并且覆盖的壁面长度和宽度分别为 250 mm 和 200 mm，并停在顶部壁面。最初，周围气体均静止不动。该模拟使用隐式非稳态求解器来运行 10 秒模拟时间，这就足以满足相似条件。

2、STAR-CCM+设置

（1）本案例流体是该模拟求解的主要现象为非稳态、层流、不可压缩的气体流体。使用分离流和液膜模型设置一个隐式非稳态、层流、不可压缩的气体流体。本案例物理连续体的设置如下：

（2）设置液膜模型和初始条件；拉格朗日相用于定义模拟中的固体颗粒。右键单击Physics 1 > Models > Fluid Film > Fluid Film Phases，选择创建新相，将该相重命名为Water Film。选择相应的模型，如下：

（3）定义场函数，用于指定初始水厚度。场函数的定义如下表：

 点击Water Film > Initial Conditions，将初始条件设置为场函数，场函数选择Initial Film Thickness；

（4）设置液膜模型和初始条件：右键点击Regions > Fluid > Boundaries > Wetted Wal，选择创建壳区域。新壳区域会添加到模拟树中。此外，流体区域和壳区域间会形成交界面，这基于湿壁面边界表面的几何体。因此，原始边界会成为液膜区域的交界面。选择Regions > Wetted Wall Shell节点，然后将连续体设为水膜

（5）设置参考值。将重力设置为[9.81, 0.0, 0.0] m/s^2。

（6）设置求解器参数和停止条件。本案例使用非稳态模拟，时间步长为($Time<1) ? 0.001 : 0.01，总时间设置为10s。最终结果如下：

矩形液膜

液膜厚度变化