《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題中會遇到大量的多相流動。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。在多項流動中，所謂的“相”可以定義為具有相同類別的物質(zhì)，該類物質(zhì)在所處的流動中具有特定的慣性響應(yīng)并與流場相互作用。比如說，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，因為相同尺寸粒子的集合對流場有相似的動力學(xué)響應(yīng)。本章大致介紹一下Fluent中的多相流建模。多相流動模式我們可以根據(jù)下面的原則對多相流分成四類：·氣-液或者液-液兩相流：o氣泡流動：連續(xù)流體中的氣泡或者液泡。o液滴流動：連續(xù)氣體中的離散流體液滴。o活塞流動：在連續(xù)流體中的大的氣泡

2、o分層自由面流動：由明顯的分界面隔開的非混合流體流動?！?固兩相流：o充滿粒子的流動：連續(xù)氣體流動中有離散的固體粒子。o氣動輸運：流動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，泥漿流，填充床，以及各向同性流。o流化床：由一個盛有粒子的豎直圓筒構(gòu)成，氣體從一個分散器導(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，就會有氣泡不斷的出現(xiàn)并穿過整個容器，從而使得顆粒在床內(nèi)得到充分混合?！ひ?固兩相流o泥漿流：流體中的顆粒輸運。液-固兩相流的基本特征不同于液體中固體顆粒的流動。在泥漿流中，Stokes數(shù)通常小于1。當(dāng)Stokes數(shù)大于1時，流動成為流化（f

3、luidization）了的液-固流動。o水力運輸：在連續(xù)流體中密布著固體顆粒o沉降運動：在有一定高度的成有液體的容器內(nèi)，初始時刻均勻散布著顆粒物質(zhì)。隨后，流體將會分層，在容器底部因為顆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·分層自由面流動例子：分離器中的晃動，核反應(yīng)裝置

4、中的沸騰和冷凝·粒子負(fù)載流動例子：旋風(fēng)分離器，空氣分類器，洗塵器，環(huán)境塵埃流動·風(fēng)力輸運例子：水泥、谷粒和金屬粉末的輸運·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，礦物處理·水力輸運例子：礦物處理，生物醫(yī)學(xué)及物理化學(xué)中的流體系統(tǒng)·沉降例子：礦物處理多相建模方法計算流體力學(xué)的進(jìn)展為深入了解多相流動提供了基礎(chǔ)。目前有兩種數(shù)值計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，直接求解時均納維-斯托克斯方程，而離散相是通過計算流場中大量的粒子，氣泡或是液滴的運動得到的。離散

5、相和流體相之間可以有動量、質(zhì)量和能量的交換。該模型的一個基本假設(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。粒子或液滴運行軌跡的計算是獨立的，它們被安排在流相計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，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

6、以推導(dǎo)出一組方程，這些方程對于所有的相都具有類似的形式。從實驗得到的數(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，對于小顆粒流（granularflows）,則可以通過應(yīng)用分子運動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，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量方程，計算時在全流場的每個計算單元內(nèi)，都記錄下各流體組分所占有的體積率。VOF模型的應(yīng)用例子包括分層流，自由面

7、流動，灌注，晃動，液體中大氣泡的流動，水壩決堤時的水流，對噴射衰竭（jetbreakup）(表面張力)的預(yù)測，以及求得任意液－氣分界面的穩(wěn)態(tài)或瞬時分界面?；旌衔锬Ｐ突旌臀锬Ｐ涂捎糜趦上嗔骰蚨嘞嗔鳎黧w或顆粒）。因為在歐拉模型中，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量方程，并通過相對速度來描述離散相。混合物模型的應(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。混合物模