《多相流模擬》word版

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1、多相流模擬介紹自然界和工程問(wèn)題中會(huì)遇到大量的多相流動(dòng)。物質(zhì)一般具有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相，但是多相流系統(tǒng)中相的概念具有更為廣泛的意義。在多項(xiàng)流動(dòng)中，所謂的“相”可以定義為具有相同類別的物質(zhì)，該類物質(zhì)在所處的流動(dòng)中具有特定的慣性響應(yīng)并與流場(chǎng)相互作用。比如說(shuō)，相同材料的固體物質(zhì)顆粒如果具有不同尺寸，就可以把它們看成不同的相，因?yàn)橄嗤叽缌Ｗ拥募蠈?duì)流場(chǎng)有相似的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。本章大致介紹一下Fluent中的多相流建模。多相流動(dòng)模式我們可以根據(jù)下面的原則對(duì)多相流分成四類：·氣-液或者液-液兩相流：o氣泡流動(dòng)：連續(xù)流

2、體中的氣泡或者液泡。o液滴流動(dòng)：連續(xù)氣體中的離散流體液滴。o活塞流動(dòng)：在連續(xù)流體中的大的氣泡o分層自由面流動(dòng)：由明顯的分界面隔開(kāi)的非混合流體流動(dòng)?！?固兩相流：o充滿粒子的流動(dòng)：連續(xù)氣體流動(dòng)中有離散的固體粒子。o氣動(dòng)輸運(yùn)：流動(dòng)模式依賴諸如固體載荷、雷諾數(shù)和粒子屬性等因素。最典型的模式有沙子的流動(dòng)，泥漿流，填充床，以及各向同性流。o流化床：由一個(gè)盛有粒子的豎直圓筒構(gòu)成，氣體從一個(gè)分散器導(dǎo)入筒內(nèi)。從床底不斷充入的氣體使得顆粒得以懸浮。改變氣體的流量，就會(huì)有氣泡不斷的出現(xiàn)并穿過(guò)整個(gè)容器，從而使得顆粒在床內(nèi)得

3、到充分混合?！ひ?固兩相流o泥漿流：流體中的顆粒輸運(yùn)。液-固兩相流的基本特征不同于液體中固體顆粒的流動(dòng)。在泥漿流中，Stokes數(shù)通常小于1。當(dāng)Stokes數(shù)大于1時(shí)，流動(dòng)成為流化（fluidization）了的液-固流動(dòng)。o水力運(yùn)輸：在連續(xù)流體中密布著固體顆粒o沉降運(yùn)動(dòng)：在有一定高度的成有液體的容器內(nèi)，初始時(shí)刻均勻散布著顆粒物質(zhì)。隨后，流體將會(huì)分層，在容器底部因?yàn)轭w粒的不斷沉降并堆積形成了淤積層，在頂部出現(xiàn)了澄清層，里面沒(méi)有顆粒物質(zhì)，在中間則是沉降層，那里的粒子仍然在沉降。在澄清層和沉降層中間，是一個(gè)

4、清晰可辨的交界面。l三相流(上面各種情況的組合)多相系統(tǒng)的例子·氣泡流例子：抽吸，通風(fēng)，空氣泵，氣穴，蒸發(fā)，浮選，洗刷·液滴流例子：抽吸，噴霧，燃燒室，低溫泵，干燥機(jī)，蒸發(fā)，氣冷，刷洗·活塞流例子：管道或容器內(nèi)有大尺度氣泡的流動(dòng)·分層自由面流動(dòng)例子：分離器中的晃動(dòng)，核反應(yīng)裝置中的沸騰和冷凝·粒子負(fù)載流動(dòng)例子：旋風(fēng)分離器，空氣分類器，洗塵器，環(huán)境塵埃流動(dòng)·風(fēng)力輸運(yùn)例子：水泥、谷粒和金屬粉末的輸運(yùn)·流化床例子：流化床反應(yīng)器，循環(huán)流化床·泥漿流例子:泥漿輸運(yùn)，礦物處理·水力輸運(yùn)例子：礦物處理，生物醫(yī)學(xué)及物理化

5、學(xué)中的流體系統(tǒng)·沉降例子：礦物處理多相建模方法計(jì)算流體力學(xué)的進(jìn)展為深入了解多相流動(dòng)提供了基礎(chǔ)。目前有兩種數(shù)值計(jì)算的方法處理多相流：歐拉－拉格朗日方法和歐拉－歐拉方法。歐拉－拉格朗日方法17在Fluent中的拉格朗日離散相模型遵循歐拉－拉格朗日方法。流體相被處理為連續(xù)相，直接求解時(shí)均納維-斯托克斯方程，而離散相是通過(guò)計(jì)算流場(chǎng)中大量的粒子，氣泡或是液滴的運(yùn)動(dòng)得到的。離散相和流體相之間可以有動(dòng)量、質(zhì)量和能量的交換。該模型的一個(gè)基本假設(shè)是，作為離散的第二相的體積比率應(yīng)很低，即便如此，較大的質(zhì)量加載率（）仍能滿足

6、。粒子或液滴運(yùn)行軌跡的計(jì)算是獨(dú)立的，它們被安排在流相計(jì)算的指定的間隙完成。這樣的處理能較好的符合噴霧干燥，煤和液體燃料燃燒，和一些粒子負(fù)載流動(dòng)，但是不適用于流-流混合物，流化床和其他第二相體積率不容忽略的情形。歐拉－歐拉方法在歐拉－歐拉方法中，不同的相被處理成互相貫穿的連續(xù)介質(zhì)。由于一種相所占的體積無(wú)法再被其他相占有，故此引入相體積率（phasicvolumefraction）的概念。體積率是時(shí)間和空間的連續(xù)函數(shù)，各相的體積率之和等于1。從各相的守恒方程可以推導(dǎo)出一組方程，這些方程對(duì)于所有的相都具有類似

7、的形式。從實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以建立一些特定的關(guān)系，從而能使上述方程封閉，另外，對(duì)于小顆粒流（granularflows）,則可以通過(guò)應(yīng)用分子運(yùn)動(dòng)論的理論使方程封閉。在FLUENT中,共有三種歐拉-歐拉多相流模型，分別為：流體體積模型（VOF），混合物模型，以及歐拉模型。VOF模型所謂VOF模型，是一種在固定的歐拉網(wǎng)格下的表面跟蹤方法。當(dāng)需要得到一種或多種互不相融流體間的交界面時(shí)，可以采用這種模型。在VOF模型中，不同的流體組分共用著一套動(dòng)量方程，計(jì)算時(shí)在全流場(chǎng)的每個(gè)計(jì)算單元內(nèi)，都記錄下各流體組分所占有的體

8、積率。VOF模型的應(yīng)用例子包括分層流，自由面流動(dòng)，灌注，晃動(dòng)，液體中大氣泡的流動(dòng)，水壩決堤時(shí)的水流，對(duì)噴射衰竭（jetbreakup）(表面張力)的預(yù)測(cè)，以及求得任意液－氣分界面的穩(wěn)態(tài)或瞬時(shí)分界面。混合物模型混和物模型可用于兩相流或多相流（流體或顆粒）。因?yàn)樵跉W拉模型中，各相被處理為互相貫通的連續(xù)體，混和物模型求解的是混合物的動(dòng)量方程，并通過(guò)相對(duì)速度來(lái)描述離散相?；旌衔锬Ｐ偷膽?yīng)用包括低負(fù)載的粒子負(fù)載流，氣泡流，沉降，以及旋風(fēng)分離器?；旌衔锬?/p>