引言
这是开源场运算和操作 c++库类（openfoam）的使用指南。他详细描述了OpenFOAM的基本操作。首先通过第二章一系列教程练习。然后通过对更多的独立组件的更详细的描述学习openfoam。
Of 首先主要是一个c++库类，主要用于创建可执行文件，比如应用程序（application）。应用程序分成两类：求解器，都是为了解决特定的连续介质力学问题而设计的；公用工程，这些是为了执行包括数据操作等任务而设计的。Of 包括了数量众多的solver 和utilities，牵涉的问题也比较广泛。将在第三章进行详尽的描述。
Of 的一个强项是用户可以通过必要的预备知识(包括数学，物理和编程技术)创建新的solvers 和utilities。
Of 需要前处理和后处理环境。前处理、后处理接口就是of本身的实用程序（utilities），以此确保协调的数据传输环境。图1.1是of总体的结构。第4章和第五章描述了前处理和运行of 的案例。既包括用of提供的mesh generator划分网格也包括第三方软件生成的网格数据转换。第六章介绍后处理。
Chapter 2
指导手册
在这一章中我们详细描述了安装过程，模拟和后进程处理一些OpenFOAM测试案例，以引导用户运行OpenFOAM的基本程序。 $FOAM_TUTORIALS 目录包含许多案件演示of提供的所有求解器以及许多共用程序的使用，在试图运行教程之前，用户必须首先确保他们已经正确地安装了OpenFOAM。
该教程案件描述 blockMesh预处理工具的使用，paraFoam案例设置和运行OpenFOAM求解器及使用paraFoam进行后处理。使用OpenFOAM支持的第三方后处理软件的用户可以选择：他们要么可以按照教程使用paraFoam，或当需要后处理时参阅第六章的第三方软件使用说明。
OpenFOAM安装目录下的tutorials目录中所有的指导手册都是可复制的。教程根据流动类型分列在不同的目录下，对应子目录根据求解器slover分类。例如，所有icoFoam的案件存储在一个子目录“incompressible / icoFoam”， incompressible表示流动类型为不可压。如果用户希望运行一套例子，建议该用户复制tutorials目录到本地运行目录。他们可以轻松的通过输入下边的命令来复制：
mkdir -p $FOAM RUN
cp -r $FOAM TUTORIALS $FOAM RUN
2.1盖驱动腔流Lid-driven cavity flow
本节将介绍如何进行预处理，运行和后处理一个例子，涉及二维正方形区域内的等温，不可压缩流动。图2.1中几何体的所有边界都是由壁面。在x方向顶层墙体以1米/秒的速度移动，而其他3个墙壁是静止的。最初，流动会假设为层流，将在均匀网格上使用icoFoam求解器来求解层流等温不可压流动。在本教程中，将研究加强网格的划分的效果和网格朝向壁面分级的效果。最终，流动雷诺数增加，必须使用用于恒温不可压缩紊流的pisoFoam求解器.
2.1.1前处理
通过编辑实例文件在OpenFOAM中设置实例，用户应选择一个xeditor进行前处理，如emacs，vi，gedit，kate,nedit等。编辑文件可能在OpenFOAM中，因为I / O的目录格式的关键字意思很明确，很容易使没有经验的用户理解。
模拟实例涉及网格，流场，属性，控制参数等数据。如4.1节所述，在OpenFOAM，这些数据是存储在实例目录下的一组文件中，而不是单个实例文件，如许多其他流体力学软件包。实例目录给予适当的描述性名称，例如：该教程中的第一个例子就叫cavity。在编辑实例文件和运行cavity实例前的准备工作中，用户应打开该案例的目录：
cd $FOAM_RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity
2.1.1.1生成网格
OpenFOAM经常运行在三维直角坐标系统中，生成的都是三维几何结构。OpenFOAM默认求解三维问题，可以通过在某些边界上指定一个'special' empty边界条件，这些边界垂直于不要求解的第三维，从而来求解二维问题。
cavity腔域是一个在xy平面上边长d= 0.1m的正方形。起初用20*20的均匀网格。块结构见图2.2。网格生成器是OpenFOAM的blockMesh，根据一个输入文档blockMeshDict(在给
定实例的constant/polyMesh目录下)中的指定描述生成网格。对该实例输入的blockMeshDict如下所示：
11 format
ascii;
12 class
dictiona
ry;
13 object
blockMes
hDict;
14 }
15 // * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * *
* * * //
16
17 convertToMeters 0.1;
18
19 vertices
20 (
21 (0 0 0)
22 (1 0 0)
23 (1 1 0)
24 (0 1 0)
25 (0 0 0.1)
26 (1 0 0.1)
27 (1 1 0.1)
28 (0 1 0.1)
29 );
30
31 blocks
32 (
33 hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (20 20 1) simpleGrading (1 1 1)
34 );
35
36 edges
37 (
38 );
39
40 patches
41 (
42 wall movingWall
43 (
44 (3 7 6 2)
45 )
46 wall fixedWalls
47 (
48 (0 4 7 3)
49 (2 6 5 1)
50 (1 5 4 0)
51 )
52 empty frontAndBack
53 (
54 (0 3 2 1)
55 (4 5 6 7)
56 )
57 );
58
59 mergePatchPairs
60 (
61 );
62
63 // ************************************************************************* //
头7行是文件头信息，用寬显线表示。接下来是FoamFile子目录中的文件信息，用{...}大括号界定。
注释（来自苏军伟博客）：
FoamFile //文件头
{
version 2.0; //版本号
format ascii; //存储形式二进制或者ascii
class volScalarField;//场的类型，体心标量场
object p; //场的名字
}
在手册其他部分：
为清楚起见并节省空间，文件头，包括寬显线及FoamFile子目录，将会在引用实例文件时全部省去。
文件首先指定块顶点坐标，然后通过顶点标号和单元个数定义块（此处仅有一个），最后，它定义边界块。建议用户查阅5.3节了解blockMeshDict文件中输入项的含义。
在blockMeshDict文件上运行blockMesh生成网格。在这个实例目录中，做到这一点，只需在终端输入：
blockMesh
终端窗口产生blockMesh运行状态报告。任何blockMeshDict文件的错误都会被blockMesh 挑出来，所产生的错误信息直接引导用户到文件中产生问题的所在行。在该阶段不应该有错误。
2.1.2 边界和初始条件
完成网格生成，用户可以看看为这个案例设置的初始场文件。案例设置开始时间t = 0 s，所以初始流场数据被设置在cavity目录下面的名字为0的子文件夹里。文件夹0里包括两个文件，p和U。每个压力（p）和速度（U）的初始值和边界条件都必须设置。让我们来检验下文件p：
17 dimensions [0 2 -2 0 0 0 0];
18
19 internalField uniform 0;
20
21 boundaryField
22 {
23 movingWall
24 {
25 type zeroGradient;
26 }
27
28 fixedWalls
29 {
30 type zeroGradient;
31 }
32
33 frontAndBack
34 {
35 type empty;
//空边界条件，说明求解是二维流动，这个在openFOAM是独有的，如果遇到该类边界，该边界不参与方程//离散，也就是什么都不做。
36 }
37 }
38
39// ************************************************************************* //
流场数据文件有3个主要的输入：
dimensions：指定流场尺度（单位的指数），这里的运动学压力，即m2s-2（0 2 -2 0 0 0 0 ）（见第4.2.6节获取更多信息）;
internalField：其内部文件数据可以是统一的，由单一值确定；不均匀时，流场所有值必须指定(详细信息见4.2.8节）;
boundaryField：边界的流场数据，包括边界条件和及所有边界块的数据（详细信息见4.2.8节）。
对于这个腔体例子，边界仅由壁面组成，分为两种边界：（1）fixedWall:固定墙包括侧墙和低墙（2）movingWall :移动墙的顶盖。作为壁面，两者的P文件都是zeroGradient边界条件，即“压力垂直梯度为零”。frontAndBack代表二维情况下的前后两个块，因此必须设置为empty。
该实例中，正如大多数我们遇到的情况一样，初始场被设置为是均匀的。在这里，压力是运动学上的压力，作为一种不可压缩的情况，其绝对值是不相关，因此为方便起见设置为uniform 0。（为什么跟绝对值不相关？）
用户可用同样的方式检测0 / U文件中的速度场。dimensions为对速度所期望的因次，内部流场初始化为uniform zero ，在这个例子里速度场必须由由3个矢量表示，即均匀的（0 0 0）见第4.2.5节获取更多信息）。
对frontAndBack块，速度边界流场要求相同的边界条件。其他方向都是墙：固定墙需要假定无滑移条件，因此fixedValue 条件其值为统一（0 0 0）。顶面以1米每秒的速度沿x方向移动，因此也需要fixedValue条件，但为统一（1 0 0）值。
2.1.1.3物理特性
实例的物理属性存储在后缀为.....Properties的文件里，放在Dictionaries目录树。对于这个icoFoam例子，唯一必须指定的运动粘度是存储在transportProperties目录中。用户可以检查运动粘度是否正确设置，通过打开transportProperties目录来查看或编辑的入口。运动粘度的关键字是nu，在方程中用同音的希腊字母ν代表。最初，例子运行时雷诺数为10，其中雷诺数定义为：
式中，d和1U1分别为特征长度和特征速度，ν为运动粘度。此处d=0.1m，1U1=1m/s,所以
Re=10时，ν=0.01m2 s?1 。因此正确的动力粘度文件入口指定为：
2.1.
1.4
con
trol
与时间控制、解数据的读取与存储相关的输入数据都是从controlDict目录读入的。读者应看看这个文件；作为实例控制文件，他放在system目录中。
运行的开始/结束时刻及时间步长必须设置。4.3节详细介绍了OpenFOAM提供够灵活的时间控制。在这个教程我们设置开始运行时刻从t=0开始，这意味着of需要从文件夹0读取流场数据，更多案例文件结构信息见4.1小节。因此我们设置startFrom关键词为startTime 并指定关键词startTime 为0。
对于结束时间，我们希望获得流动绕空腔循环（即稳定）时的稳态解。一般而言，层流中，流体通过该区域10次才能达到稳态。在这个例子里，流动没有通过该区域，因为这里没有进口也没有出口。取而代之，设盖子穿过腔体10次为结束时间，即1s；事实上，事后发现0.5s 就足够了，因此应采用该值。指定stopAt关键词为endTime，并赋值0.5
现在我们需要设置时间步长，由关键词deltaT 代表。运行icoFoam时为达到瞬时精确及数值稳定，要求Courant 数小于1。对于一个单元Courant 数定义如下：
δt是时间步长，|U|是通过单元的速度大小，δx是该速度方向上的单元尺寸。流速在穿过区域时是变化的，必须确保任何地方的Co<1。因此我们以最糟的状况选择δt的取值：Co的最大值必须与大尺度流速和小的单元尺度联合的效果相一致。这里，这个整个区域的单元尺寸固定，所以Co的最大值发生在紧挨着盖子的地方，这里速度接近1米每秒。单元尺寸为：
因此为了达到全部区域内Co<=1，时间步长deltaT 的设置必须小于等于：
作为模拟进程，我们希望能写下每隔一段时间的结果,这样我们就能在后处理包里查看结果。关
键词writeControl表示设置输出结果时刻的一些可选项。这里我们选择timeStep 选项：每隔n次时间步长输出一次结果，n值由关键词writeInterval指定。假设我们要设置在时刻0.1, 0.2,. . . , 0.5 s输出结果，时间步长是0.005s，因此是每20次步长输出一次结果，故给writeInterval赋值20。
Of会根据当前时间创建一个新的目录，例如0.1s，在每个时刻输出一系列的数据，在4.1章节有具体介绍。在icoFoam求解器输出的每个流场信息U 和p放在时间目录里。对于这个
例子，在controlDict中的输入如下：
2.1.1.5 离散和线性求解器设置
用户可以在system目录下fvSchemes文件中指定选择有限体积离散法。线性方程求解器规范和限差和其他算法控制在fvSolution文件中，同在system目录下。用户可以自由的查看这些库类，但是目前我们不需要讨论入口数据，除了fvSolution 中PISO 子目录下的pRefCell 和pRefValue。在封闭系统如腔体内，用的是相对压力：是压力范围而不是绝对值。在这种情况下，求解器在pRefCell 单元中通过pRefValue 设置一个相对值，在该实例中都设为0。改变其中任何一个的值都会只改变绝对压力场，而不会改变相对压力场或速度场。
2.1.2查看网格
在实例运行前，最好查看一下网格以检查是否有错。网格在OpenFOAM 提供的后处理工具paraFoam中查看，通过在终端在案例目录下
（ying@ying-desktop:~$ cd /home/ying/RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity回车）输入：
paraFoam
来启动paraFoam后处理。
也可以通过另一个目录位置执行：
paraFoam -case $FOAM_RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity
从而打开了ParaView窗口如图6.1所示。在Pipeline Browser，用户可以看到ParaView已经打开了cavity 案例模块：cavity.OpenFOAM 。在点击Apply按钮前，用户需要从Region Status 和面板上选择一些几何结构。因为该案例很小，通过检查Region Status 面板标题相邻的box可以很容易地选择所有的数据，这可以自动检查各个面板中的所有独立部件。然后用户可以点击Apply按钮将几何结构加载到ParaView中。6.1.5.1
节中介绍了一些常用设置，请查阅该章节中的相关设置。
之后用户应该打开Display面板，其控制着所选模块的可视化重现。在Display面板中，用户应该做如下工作，如图2.3所示：（1）设置Color为Solid Color ；（2）点击Set Solid Color 选择适当的颜色，如黑色（对于白色背景）；（3）在Style面板，从Representation 菜单选择Wireframe 。背景颜色可以在顶部菜单面板的Edit中选择View Settings... 来设置。
尤其是第一次启动ParaView，必须如6.1.5节描述的一样操作。特殊的，由于这是一个2D的情况，要求在Edit菜单中选择View Settings窗口，在General 面板必须选择Use Parallel Projection 。在Annotation 窗口Orientation Axes可以勾选或不宣，或通过鼠标拖曳来移动。
2.1.
3
运
行
应
用
程
序
正如
一切
UNIX
/Linu
x可执行软件，OpenFOAM应用程序可以按以下两种方式运行：作为前台处理器，也就是说，前台处理器中的shell一直等候，直到命令在给定命令提示符之前完成为止；作为后台处理器，不需要在shell接受附加要求之前完成。
在该情况下，可以在前台运行icoFoam。icoFoam求解器即可以通过进入案例目录，在命令提示符处输入以下命令：
icoFoam
从而执行，也可以是可选择的-case，给定案例目录，如：
icoFoam -case $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity
进程写入终端，显示当前时间，最大Courant 数，所有场的初始及最终残差。
2.1.4后处理
当结果一写入时间目录，就可以用paraFoam来查看。回到paraFoam窗口，并且选择cavity.OpenFOAM 模块的Properties 面板。如果案例模块的正确的窗口面板似乎在任何时刻都不存在，则确保：cavity.OpenFOAM 是高亮蓝色的；旁边的eye按钮是开的以显示图像是可行的；
为了使paraFoam准备好显示所感兴趣的数据，首先使要求运行时间为0.5s，如果当ParaFoam开着时运行案例，时间目录中的输出数据不会自动在Paraview中加载。为装载数据，用户必须在Properties窗口中选择Update GUI ，然后点击绿色的Apply按钮。时间数据就会加载到ParaView中。
2.1.4.1等值面及等值线的绘制
为查看压力，用户应该打开Disply面板，由于它控制着所选模型的可视化表现。为绘制一个简单的压力曲线，用户需要按照下面来选择，如图2.4具体所示：在Style面板，从Representation 菜单选择Surface ；在 Color 面板，选择。p及Rescale to Data Range ，为了看早t=0.5s时刻的结果，用VCR Controls 或者 Current Time Controls 将时间设为
0.5，这些位于ParaView窗口顶部菜单下方的工具栏中，见图6.4.压力场如预期一样，腔体左上部为低压区，右上角为高压区，如图2.5所示。
通过点图标。p，压力场在各个单元间内插，从而得到连续的流场。相反的，如果用户选择单元图标
，在每个单元上就是一个蛋度的压力值，所以每个单元都由单一的颜色表示而没有梯度。
颜色棒图可以在Active Variable Controls 中点击Toggle Color Legend Visibility 而出现，也可以在View菜单选择Show Color Legend 。点击Active Variable Controls 工具栏或Disply窗口中Color面板中的Edit Color Map 按钮，用户就可以设置颜色棒图特性的范围，比如文字大小，字型选择及尺度计数形式等。通过鼠标拖动可以改变颜色棒图在图像窗口的位置。
ParaView的新版本默认使用颜色尺度为蓝色到白色到红色万恶不是更常见的蓝色到绿色到红色（彩虹）。因此用户第一次执行ParaView时，可能希望改变颜色尺度，者可以通过在Color Scale Editor 中选择Choose Preset （初调），然后选择Blue to Red Rainbow 。在点击OK确认以后，用户就可以点击Make Default 按钮以便ParaView一直采用这种颜色色棒。
如果用户旋转图像，可以发现整个几何表面的都按压力上色了。为产生真实的等值线，用户首先要产生一个切割面，或者说“slice（切片）”，穿过整个几何形状使用Slice滤波器，见6.1.6.1节描述。切割面中心在(0.05, 0.05, 0.005) ，垂直线设为(0, 0, 1) 。一旦产生了切割面，通过使用6.1.6节所介绍的Contour filter 来产生等值线。
6.1.6.1 引入切割面
通常用户都希望产生一个穿过平面的等值线，而不是等值面。用户就需要用Slice filter来创造一个切割面，等值线就在这个切割面上绘制。Slice filter允许用户在Slice Type 中通过设定center及
normal/radius 来指定切割Plane,Box或Sphere。用户可以用鼠标操作切割面。
然后用户可以在切割面上运行Contour filter 易产生等值线，操作见6.1.6.
6.1.6 等值线绘制
在顶部菜单栏的Filter菜单中选择Contour，就可绘制等值线。filter在指定的模块上运行，所以如果模型本身是3D的，则等值线会是一系列的2D表面分别代表恒定的值，也就是说等值面。Contour的Properties 面板包括Isosurfaces 列表，可以编辑，最方便的就是使用New Range 窗口，所选择的尺度场从下拉菜单中选择。所得等值线图如下所示:
2.1.
4.2
向
量
绘
制
在绘
制流
速向
量之
前，
需要
移走
其他
已经
创建
的模
块，
比如上面使用的Slice 及Contour filters 。可通过在以Pipeline Browser中高亮相关模块，然后在各自的Properties 面板中点击Delete ，从而整体移除，也可以通过切换Pipeline Browser中相关模块的eye按钮来使其处于不工作状态。
现在我们希望在每个单元的中心产生一个速度向量点符，首先要过滤单元中心的数据，如6.1.7.1所描述。在Pipeline Browser中使cavity.OpenFOAM 模块高亮，用户从Filter菜单中选择Cell Centers ，点击Apply。
在Pipeline Browser中使Centers高亮，然后在Filter菜单中选择Glyph（点符），则Properties 窗口应该如图2.6所示，在Properties面板，速度流场U自动在vectors 菜单中选择，因为它是目前唯一的向量场。默认图像的Scale Mode为速度的Vector Magnitude，但是由于我们想看到贯穿整个区域的速度，应该选择off，Set Scale Factor为0.005.点击应用，出现图像，但可能是一个单一的颜色，比如白色。用户
应该根据速度量级用颜色标识图像，通过在Disply面板中设置Color by U来控制，也可以在Edit Color Map中选择Show Color Legend（图例）。输出如图2.7所示，在图中，大写的Times Roman fonts是在Color Legend标题中选择的，通过取消选定Automatic Label
Format，在Label Format文字框中输入%-#6.2f将其标记为2个固定的有效数字。在View Settings的General面板中设置背景色为白色，见6.1.5.1节描述。
6
.1
.7
向
量
绘
制
向
量
平
面
图
由
Gly
ph
filter产生，filter读取Vectors中选择的场，且提供一个Glyph Types范围，Arrow提供一个清晰的向量平面图给Glyph Types。在一个用户可以操作其为最佳效果的面板，每个图形都有图形控制选项。
剩下的Properties面板主要包括图像的Scale Mode菜单，最常见的Scale Mode选项为：Vector，其中图像长度正比于向量量级；Off,其中每个图像都是一样的长度。Set Scale Factor 参数控制图像的基本长度。
6.7.1.7在单元中心绘制
向量默认在单元顶点绘制，但通常希望在单元中心绘制数据。首先对案例模块应用Cell Centers ?lter，然后对产生的单元中心数据应用Glyph ?lter。
2.1.4.3 流线绘制
同样的，在ParaView中继续后处理之前，要使之前所描述的向量绘制等模块退出，现在希望绘制速度流线，见6.1.8节所述。
在Pipeline Browser中保持cavity.OpenFOAM模块高亮，在Filter菜单选择Stream Tracer，点击应用。参数窗口应设置如图2.8所示。指定Seed points（原点）沿着Line Source，其运行垂直于几何中心，也就是说，从(0.05, 0, 0.005)到 (0.05, 0.1, 0.005)，在本教程中的图像应用：point Resolution为21；Max Propagation为Length 0.5；初始Step Length 为 Cell Length 0.01；以及Integration Direction BOTH。默认参数使用Runge-Kutta 2 Integrator Type 。
点击应用产生轨迹，然后从Filter中选择Tube来产生高质量的流线图。在本图中，选择：Nun. Sides 6;Radius 0.0003;Radius factor 10.流管根据速度量级上色。点击Apply产生如图2.9所示。
2.1.5 增加网格分辨率
在每个方向上通过一个2因数增加网格分辨率，粗网格得出的结果可以映射到细网格上，作为问题的初
始条件。然后将细网格的解与粗网格的解作对比。
2.1.5.1 用已存在的案例创建一个新的案例
现在希望根据cavity 创建一个名为cavityFine 的新案例，用户需要克隆cavity 案例，并且编辑必须的文件。首先，在于cavity 相同的目录下创建一个新的案例文件，如： cd $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam mkdir cavityFine
然后从cavity 案例中拷贝基本的文件到cavityFine 中，然后进入cavityFine 案例：
cp -r cavity/constant cavityFine cp -r cavity/system cavityFine cd cavityFine
2.1.5.2 创建细网格
希望用blockMesh 增加网格单元数。打开 blockMeshDict 文件，编辑block 的指定信息。块的指定
在blocks关键词下的列表中。Block定义的句法结构见5.3.1.3节的完整描述；在该阶段只需知道紧随hex 的首先是块顶点的列表，然后是是每个方向上许多单元数的列表。最初在cavity案例中设为（20 20 1），现在改为（40 40 1）并保存文件.像之前一样运行blockMesh，得到新的细网格。
2.1.5.3 将粗网格结果映射到细网格
mapFields 应用程序将与一个给定几何结构相关的场映射到另外一个几何结构的相应场中，在我们的例子中，流场认为是连续的，由于源场及目的场的几何结构及边界类型或条件都是恒定的。在该例子中执行mapFields时使用-consistent 命令行。
从目标案例controlDict 中startFrom/startTime 指定的时间目录中读取mapFields映射的流场数据，也就是说，结果被映射到的地方。在本例中，希望从cavity案例粗网格的最终结果映射到cavityFine 案例中的细网格，因此，由于这些结果存储在cavity的0.5文件中，在controlDict文件中设置startTime 为0.5，
startFrom设为startTime。
现在案例已准备好运行mapFields,输入mapFields -help 快速显示mapFields要求源案例目录作为自变量。使用-consistent选项，所以应用程在cavityFine目录执行：
mapFields ../cavity -consistent
应用程序将运行并在终端输出：
Source: ".." "cavity"
Target: "." "cavityFine"
Create databases as time
Source time: 0.5
Target time: 0.5
Create meshes
Source mesh size: 400
Target mesh size: 1600
Consistently creating and mapping fields for time 0.5
Open?FOAM-1.7.1
2.1 Lid-driven cavity flow
U-33
interpolating p
interpolating U
End
2.1.5.4 控制调整
为保持Courant数小于1，见2.1.1.4节所讨论的，由于所有单元的尺寸都评分了所以时间步长必须评分，所以controlDict 文件中deltaT设为0.0025。流场数据在固定数目的时间步长间隔时输出。此处演示如何在固定时间间隔指定数据输出。在controlDict 中的writeControl 关键词下，在用runTime输入产生的输出结果间指定一个固定数量的运行时间，而不是通过timeStep 输入固定书目的时间步来输出。在该案例中，用户应该指定没0.1输出，因此应设置writeInterval 为0.1且writeControl 为runTime。最终，
由于案例是在粗网格结果上开始的，只需要运行很短的时间就能达到合理的收敛为稳态。所以endTime 设为0.7Squebao这些设置正确并保存文件。
2.1.5.5 运行代码作为后台过程
用户应该体验运行icoFoam作为后台程序，重新定向终端输出到log文件，者在之后可以看到。在cavityFine 目录下，用户执行：
icoFoam > log &
cat log
2.1.5.6 在细网格上绘制向量
用户可以在ParaView中同时打开多个案例，这是由于本质上每个新的案例就是Pipeline Browser 中一个新的模块。当在ParaView中打开一个新的案例时有一个次要的不便，因为有一个前提，所选数据是一个带有扩展名的文件。但是在OpenFOAM中，每个案例存储在指定目录结构的大批没有扩展名的文件中，paraFoam程序自动运行的结果，就是产生一个带有扩展名.OpenFOAM 的空白文件，因此，cavity案例模块称为cavity.OpenFOAM。
然而，如果用户希望在ParaView中直接打开另一个案例，就需要创建这样一个空白文件。例如，为加载cavityFine 案例，通过输入下列命令来创建该文件:
cd $FOAM RUN/tutorials/incompressible/icoFoam
touch cavityFine/cavityFine.OpenFOAM
现在通过在File菜单选择Open，并且通过浏览目录选择cavityFine.OpenFOAM ，cavityFine 案例可以加载到ParaView中。用户现在可以在ParaView中由细网格绘制向量图。通过同时使两个案例的glyph激活，图像可以与cavity案例相比较。
2.1.5.7 绘制图像
用户也许希望通过抽取一些速度标量及沿着穿过区域的轴线绘制2维图像来使结果具体化。OpenFOAM 对这种数据处理很在行。有无数的应用程序可以做专门的数据处理，一些简单的计算包括在一个单个的应用程序foamCalc 中。作为一个应用程序，它是独特的，因为它是这样的：
foamCalc
在
>> foamCalc xxxx
Selecting calcType xxxx
unknown calcType type xxxx, constructor not in hash table
Valid calcType selections are:
8
(
randomise
magSqr
magGrad
addSubtract
div
mag
interpolate
components
)
components 及mag calcTypes 提供有用的速度标量。当在案例如cavity上运行“foamCalc components U ”时，它从每个时间文件中读取速度矢量场，在相应的时间文件中，输出标量场Ux，Uy，Uz分别代表速度的x,y,z分量。类似的，“foamCalc mag mag U” 输出一个标量场magU 到每个时间文件中，代表速度的量级。
用户可以在cavity及cavityFine 案例上用components calcType 运行foamCalc 。例如，对于cavity案例，用户应该进入cavity目录并执行foamCalc如下：
cd /home/ying/RUN/tutorials/incompressible/icoFoam/cavity
foamCalc components U
单独的分量可以在ParaView 中绘制成图。这是很快速的，方便的，并且在标志及格式上有合理的好的控制，所以打印的输出是相当好的标准品。但是为发表图像，用户也许偏好输出未加工的数据，然后用专门的图像工具来绘制，比如gnuplot 或Grace/xmgr 。为此，我们推荐使用sample应用程序，见6.5节和2.2.3节。
在开始绘制之前，用户需要加载新产生的Ux, Uy 及Uz 场到ParaView 中。为此，在所工作的基本模块例如cavity.OpenFOAM 中，需要检查Properties 面板顶部的Update GUI 按钮。点击应用使新的场加载到ParaView 中，将出现在V ol Field Status 窗口。确保已选择新的场且改变得到应用，也就是说如果需要再次点击Apply。同样，如果在Region Status 面板上选择了boundary regions ，边界上的数据插入错误。因此用户应该取消Region Status 面板中的边界，也就是说movingWall, fixedWall 及frontAndBack ，然后应用这些改变。
现在为了在ParaView 中显示图像，用户应该选择所感兴趣的模块，例如cavity.OpenFOAM ，从Filter->Data Analysis 菜单应用Plot Over Line 。这在已存在的3DView窗口旁边打开了一个新的XY Plot窗口，创建了一个ProbeLine 模块，在其中用户可以指定Properties面板中线条的终点。在这个例子中，用户应该使线条在区域中心垂直向上，也就是说，在Point1 和Point2 文本框中，从(0.05, 0, 0.005) 到(0.05, 0.1, 0.005) ，设置Resolution 为100.
点击应用，在XYPlot窗口出现图像，在Display面板，选择
2.1.6 网格分级
在cavityGrade /constant/polyMesh /blockMeshDict 文件中，制定了分级等级，blockMesh根据blockMeshDict 文件划分网格。
第一章概论 相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开 两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研究的主要方法 目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解；2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研究较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型；5、缺乏专用研究仪器 气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中 2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中 3、混合流动型：两相均非连续相 4、分层流动：两相均为连续相 气液两相流的基本特征： 1、体系中存在相界面：两相之间也存在力的作用，出现质量和能量的交换时伴随着机械能的损失 2、两相的分布情况多种多样：两相流动中两相介质的分布称为流型 3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失 4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变 气液两相流研究方法： 1、经验方法：从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。 优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果 缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系 2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。 优点：有一定的理论基础，应用广泛 缺点：存在简化和假设，具有不准确性 3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。 优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式 缺点：建立关系式困难，求解复杂 研究气液两相流应考虑的几个问题： 1、不能简单地用层流或紊流来描述气液两相流 2、水平或倾斜流动是轴不对称的 3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性 4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题 5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间有传热和传质 6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研究的核心与重点 流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构 流型图：描述流型变化及其界限的图。把流型变换的实验数据加以总结归纳后，按照两个或多个主要的流动参数绘成曲线，便可以得到流型图。 影响流型的因素：1、各相介质的体积比例2、介质的流速3、各相的物理及化学性质(密度、粘度界面张力等)4、流道的几何形状5、壁面特性6、管道的安装方式 流型分类：1、根据两相介质分布的外形划分；垂直气液两相流：泡状流、弹状流、段塞流、环状流、雾状流。水平气液两相流：泡状流、团状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流。 2、按流动的数学模型或流体的分散程度划分为：分散流、间歇流、分离流。 两种分类方法的比较：第一类划分方法较为直观；第二类划分方法便于进行数学处理 气液两相流的特性参数： 质量流量:单位时间内流过过流断面的流体质量，kg/s， 气相质量流量:单位时间内流过过流断面的气体质量，kg/s， l g G G G+ =
Two phase flow fundamental (vapor-liquid, gas-liquid) ● Static quality, is the fraction of vapor in a saturated mixture. No flow or closed system. g g g st g l g g l l M A x M M A A ρρρ==++ ● Flow quality, or vapor quality in two phase flow, it’s convenient to use flow quality instead of the static quality. Open system. g g g g g l g g g l l l m u A x m m u A u A ρρρ==++ ● Thermodynamic equilibrium quality (thermodynamic vapor quality). It can be used only for single-component mixtures (e.g. water with steam), and can take values x<0 (for sub-cooled fluids) and x>1 (for super-saturated vapours) m l g l h h x h h -=- All of the quality above coincide if the two phases are at thermodynamic equilibrium (i.e. HEM). Once taking subcooled boiling model into consideration, the thermodynamic equilibrium quality is not equal with flow quality. ● The void fraction i. T he fraction of the channel volume that is occupied by the gas phase. This void fraction is known as the volumetric void fraction. g V g l V V V α=+
浅析气液两相流及其应用 浅析气液两相流及其应用 摘要：气液两相流存在于石油、天然气、动力、化工、水利、航天、环境保护等工业中，其研究已成为国内外学者广泛关注前沿学科。本文概要性的描述了气液两相流的应用背景、流动型式，并介绍了气液两相流参数检测的手段和两相流计算的基本方法。 关键词：气液两相流流动型式参数检测计算方法 1.气液两相流的应用背景 近些年来，石油、天然气、动力、化工、水利、航天、环境保护等工业的迅速发展促进了气液两相流的研究和应用。在实际应用中可以将凝析天然气简化的看作气相为甲烷，液相为水的气液两相流[3]。为了在实现天然气井口对凝析天然气气、液两相流量的实时在线测量，需要对其进行相应研究。再如，火力发电厂中锅炉的汽水分离、蒸发管中的汽水混合物的流动都属于气液两相流问题[1]。 2.气液两相流的流动型式 气液两相流中气液两相的分界面多变，其流动结构受各相的物理特性、各相流量、压力、受热、管道布置等影响。在不同的流型下，两相流的流体力学特性不同，因此为了研究两相流的运动规律，必须研究其运动型式。 在水平管道中，气液两相流常见流动形态如图1所示。 图1 水平管道中气液两相流流型 水平管中，气泡流的特征为液相中带有散布的细小气泡，由于受到重力的影响，气泡多位于管子上部。随着泡状流中的气相流量的增加，气泡聚结成为气塞，气塞一般较长，且多沿管子上部流动。当气、液两相流速均较小，会受到重力分离效应产生分层流，而当分层流动中气相速度较大时，气液的交界面将产生扰动波形成波状流。若气相速度再增大，则气液分界面由于剧烈波动将有一部分与管道顶部接触，分隔气相成为气弹，从而形成弹状流，大气弹则将在管道上部高速运动。
气液两相流流型识别理论的研究进展 摘要：介绍了气液两相流的识别理论，探讨了气液两相流流型的划分方法。叙述了两相流流型软测量方法，并重点介绍了图像处理识别、在线流型技术识别、神经网络、基于压差波动理论、混沌理论等识别流型的新方法。 关键词：气液两相流；流型识别 0 引言 相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质成分，各相之间有明显可分的界面。从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三种，即:气相、液相和固相。单相物质的流动称为单相流，如气体流或液体流。所谓两相流(Two-Phase Flow)或多相流(Multiphase Flow)是指同时存在两种或多种不同相的物质的流动。 近年来随着国内外石油和天然气工业的发展，迫切需要开发出精度较高的油气水三相流量在线测量仪，以便掌握各个油井的生产动态。然而，多年来尽管在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些进展，但是仍然没有彻底清晰地认识和了解油气水三相混合物的流动型态。在现今的多相流检测技术领域中，流型的识别问题变得越来越重要。 1 两相流流型 由于存在一个形状和分布在时间和空间里是随机可变的相界面，而相间实际上又存在一个不可忽略的相对速度，致使流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。这就导致了两相流动结构多种多样，流型十分复杂。流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。两相流各种参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。因此为了对两相流的特征参数进行测量，必须了解它们的流型。 1.1垂直上升管中气液两相流流型 （1）、泡状流（Bubbly Flow）：气泡以不同尺寸的小气泡形式随机离散分布在流动的液体中。显然，此时气体为离散相，而液体为连续相。随着气速的增加，气泡尺寸会不断增大。 （2）、段塞流（Slug Flow）：在气泡流动中当气泡的浓度增高时，气泡聚合为直径接近于管内径的塞状或炮弹状气泡，气泡前端部分呈现为抛物线形状。在这些塞状气泡之间可带有小气泡的液团。当气泡快速上升时，液体在气泡与管内壁间的间隙中流动。 （3）、混状流（Churn Flow）：当气泡速度进一步增大时，段塞流中的气泡速度也随之增加并产生破裂、碰撞、聚合和变形，与液体混合成为一种不稳定的上下翻滚的湍动混合物。此时气液两相界为离散相。 （4）、环状流（Annular Flow）：液流沿着管道的内壁形成一层液体薄膜，而气流则在管道中央流动。这样，气液两相都变成了连续相。不过，在这种情况下，管道中央的气体通常还夹带着一些液滴一起流动。 （5）、液丝环状流（Wispy－Annular Flow）：当气液两相流为环状流时，继续增加液相流量，管壁的液膜将加厚且含有小气泡，中心的液滴浓度增加，被中心
第二节井筒气液两相流基本概念 一、教学目的 掌握井筒气液两相流动的特点、流态及其特征；井筒气液两相流动中能量平衡方程的推导以及压力分布计算的方法（按压力增量迭代和按深度增量迭代方法）。 二、教学重点、难点 教学重点： 1、气液两相流的特性； 2、井筒气液两相流动的能量平衡方程。 教学难点： 1、滑脱及其特征； 2、气液两相流动的能量平衡方程。 三、教法说明 课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关流态图形。 四、教学内容 本节主要介绍两个方面的问题： 1.井筒气液两相流动的特性. 2.井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤. (一) 井筒气液两相流动的特性 相的概念:相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开。 例如：水--冰系统、泥浆、油--气--水等均是多相体系
油气是深埋于地下的流体矿藏。随压力的降低，溶解气将不断从原油中逸出，因此，井筒中将不可避免地出现气液两相流动。采油设备的优化设计和工况分析、油气集输设计等都离不开气液两相流的理论与计算方法。 2、气液混合物在垂直管中的流动结构——流动型态的变化 流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。 影响流型的因素：
气液体积比、流速、气液界面性质等。 ①纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。 ②泡流 井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。 滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。 特点：气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象比较严重。 ③段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡
热物理量测试技术1 概述 两相流广泛应用于热能动力工程、核能工程、低温工程以及航天领域等许多领域。所谓两相流，广义上讲是指一种物质或两种物质在不同状态下的流动，其中气体和液体一起流动称为气液两相流。对于两相流中的气液混合物，它们可以是同一种物质，即汽—液(如水和水蒸气)，也可以是两种不同的物质，即气—液(如水和空气混合物)。气液两相流是一个相当复杂的问题，。在单相流中，经过一段距离之后，就会建立一个稳定的速度场。但对于两相流，例如蒸汽和水，则很难建立一个稳定的流动，因为在管道流动中有压降产生，由于此压降作用会产生液体的蒸发，所以在研究气液两相流时必须考虑两相间的传热与传质问题。 两相流学科还处于半经验半理论阶段，对于两相流的流动和传热规律进行研究时，除了依靠各种数学物理模型外，还要依靠实验，这就需要两者相结合从而更好地进行研究。 2 两相流压降测量[1] 压降，即两相流通过系统时产生的压力变化，是两相流体流动过程中的一个重要参数。保持两相流体流动所需的动力以及动力系统的容量和功率就取决于压降的大小。一般说来，两相流体流动时产生的压降一般由三部分组成，即摩擦阻力压降、重位压降、加速压降，管道系统出现阀门、孔板等管件时，还需测量局部压降。目前，常用差压计或传感器来测量两相流压降。 2.1 利用差压计测量压降 应用差压计测量气液两相流压降的测量原理图如图1所示。所测压降为下部抽头的压力与上部抽头压力之差。在差压计的Z1截面上可列出压力平衡式如下： （2.1）式中，为取压管中的流体密度；为差压计的流体密度。 由（2.1）可得： （2.2）由上式可知，要算出压降的值，必须知道取压管中的流体密度和差压计读数。 当管中流体不流动时：
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 气液两相流 气液两相流流型识别理论的研究进展摘要：介绍了气液两相流的识别理论，探讨了气液两相流流型的划分方法。 叙述了两相流流型软测量方法，并重点介绍了图像处理识别、在线流型技术识别、神经网络、基于压差波动理论、混沌理论等识别流型的新方法。 关键词：气液两相流；流型识别0 引言相的概念通常是指某一系统中具有相同成分及相同物理、化学性质的均匀物质成分，各相之间有明显可分的界面。 从宏观的角度出发，可以把自然界的物质分为三种，即:气相、液相和固相。 单相物质的流动称为单相流，如气体流或液体流。 所谓两相流(Two-Phase Flow)或多相流(Multiphase Flow)是指同时存在两种或多种不同相的物质的流动。 近年来随着国内外石油和天然气工业的发展，迫切需要开发出精度较高的油气水三相流量在线测量仪，以便掌握各个油井的生产动态。 然而，多年来尽管在这方面进行了大量的研究工作，取得了一些进展，但是仍然没有彻底清晰地认识和了解油气水三相混合物的流动型态。 在现今的多相流检测技术领域中，流型的识别问题变得越来越重 1/ 10
要。 1 两相流流型由于存在一个形状和分布在时间和空间里是随机可变的相界面，而相间实际上又存在一个不可忽略的相对速度，致使流经管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。 这就导致了两相流动结构多种多样，流型十分复杂。 流型是影响两相流压力损失和传热特性的重要因素。 两相流各种参数的准确测量也往往依赖于对流型的了解。 因此为了对两相流的特征参数进行测量，必须了解它们的流型。 1.1 垂直上升管中气液两相流流型（1）、泡状流（Bubbly Flow）：气泡以不同尺寸的小气泡形式随机离散分布在流动的液体中。 显然，此时气体为离散相，而液体为连续相。 随着气速的增加，气泡尺寸会不断增大。 （2）、段塞流（Slug Flow）：在气泡流动中当气泡的浓度增高时，气泡聚合为直径接近于管内径的塞状或炮弹状气泡，气泡前端部分呈现为抛物线形状。 在这些塞状气泡之间可带有小气泡的液团。 当气泡快速上升时，液体在气泡与管内壁间的间隙中流动。 （3）、混状流（Churn Flow）：当气泡速度进一步增大时，段塞流中的气泡速度也随之增加并产生破裂、碰撞、聚合和变形，与液体混合成为一种不稳定的上下翻滚的湍动混合物。 此时气液两相界为离散相。
最新型SWQ－4型汽液两相流自调节液位控制器 ________________________________________ 1．技术简介： 1.1. 最新型SWQ-4型升级版（前几代产品已经淘汰）是在前几代产品的基础上，为解决以往应用过程中所存在的问题而研制的。较前几代产品在技术性能上有了质的突破。克服了以往稳定性相对较差以及调节控制范围较小的弊端（2、3型产品一般只能在100%～70%负荷范围工作），尤其是低负荷调节控制能力较差的缺点。所以它较前几代产品的最大特点是：调节幅度更大，适应变工况能力更强，水位保持更稳定。在勿需安装出入口阀的情况下它的传感器和调节系统的结构可以保证运行负荷大幅度波动（对于200MW以下机组可达100％～30％～10％，对于300MW及600MW机组至少达到100%～30%）时，液位波动不超过±30mm。可以说最新型SWQ-4型升级版产品，已将汽液两相流自调节液位控制器技术推向了新的高度，更加体现了它的先进性和科学性。而这是传统的机械浮球式、电动式、气动式所无法比拟的，是理想的更新换代产品。这也是该产品之所以越来越受到广大用户青睐的根本所在。 1.2. 产品主要特点: 高科技、高品质，工作原理先进，概念新颖，无机械运动部件，无蚀点，无电气、气动元件，无泄漏，运行安全可靠，使用寿命长，无任何外力驱动，属自力式智能调节。 1.3. 技术特性 1.3.1. 使用范围广，适应性强； 1.3. 2. 液位自调节稳定: 由于该装置可实现机组各种工况下液位自动连续调节, 故液位处于相对稳定状态； 1.3.3. 安全可靠性高: 无任何机械活动部件及电动传动控制系统,即勿需外力驱动，属自力式智能调节，其设计原理先进,可靠性、安全性尤为突出； 1.3.4. 寿命长: 内芯采用优质不锈钢材料, 高温下耐腐蚀, 使用寿命至少在10年以上； 1.3.5. 无故障、免维护: 使用寿命及可靠性能满足设备长周期运行； 1.3.6. 易安装: 改造旧设备简单易行，系统布置简洁、美观。 2.工作原理（参照系统示意图）： 系统示意图 ※. 构造及作用---该水位调节器由传感变送器和调节器两部分组成。传感变送器（信号管）的作用是发送水位信号和变送调节用汽；调节器的作用是控制出口水量。相当于调节器的执行机构。 ※. 工作原理---汽液两相流是基于流体力学理论、利用汽液两相流的流动特性设计的一种全新概念的水位控制器。加热器的水位上升时，传感变送器内的水位随之上升，导致发送的调节汽量减少，因而流过调节器的汽量减少，水量增加，加热器水位随之下降；反之，加热器水位下降时，传感变送器内的水位随之下降，导致变送器内的汽量增加，因而流过调节器的水量减少，加热器水位随之上升。由此实现了加热器水位的自动控制。 3. 适用范围： 适用于电力、石油、化工、造纸、印染、冶金等部门的各类热交换器的液位控制。如火电厂中6MW～600MW机组的高、低压加热器（包括末级低加和疏水泵低加），轴封加热器，生水加热器，热网加热器，高、低压连续排污扩容器、疏水膨胀器，化工部门的碱厂和粉煤灰综合利用的蒸发器等。 总之，只要有汽液界面，需要控制疏水出口流量的压力容器均可应用本产品。 4.设计参数及型号规格：
气液两相流 Hessen was revised in January 2021
热物理量测试技术1 概述 两相流广泛应用于热能动力工程、核能工程、低温工程以及航天领域等许多领域。所谓两相流，广义上讲是指一种物质或两种物质在不同状态下的流动，其中气体和液体一起流动称为气液两相流。对于两相流中的气液混合物，它们可以是同一种物质，即汽—液(如水和水蒸气)，也可以是两种不同的物质，即气—液(如水和空气混合物)。气液两相流是一个相当复杂的问题，。在单相流中，经过一段距离之后，就会建立一个稳定的速度场。但对于两相流，例如蒸汽和水，则很难建立一个稳定的流动，因为在管道流动中有压降产生，由于此压降作用会产生液体的蒸发，所以在研究气液两相流时必须考虑两相间的传热与传质问题。 两相流学科还处于半经验半理论阶段，对于两相流的流动和传热规律进行研究时，除了依靠各种数学物理模型外，还要依靠实验，这就需要两者相结合从而更好地进行研究。 2 两相流压降测量[1] 压降，即两相流通过系统时产生的压力变化，是两相流体流动过程中的一个重要参数。保持两相流体流动所需的动力以及动力系统的容量和功率就取决于压降的大小。一般说来，两相流体流动时产生的压降一般由三部分组成，即摩擦阻力压降、重位压降、加速压降，管道系统出现阀门、孔板等管件时，还需测量局部压降。目前，常用差压计或传感器来测量两相流压降。 利用差压计测量压降 应用差压计测量气液两相流压降的测量原理图如图1所示。所测压降为下部抽头的压力与上部抽头压力之差。在差压计的Z 截面上可列出压力平衡式如 1 下： P1+(P2?P1)P P P=P2+(P4?P3)P P P+ (P3?P1)P P P（） 式中，P P为取压管中的流体密度；P P为差压计的流体密度。
气液两相流的分离方法综述 摘要：本文从气液两相流分离方法出发，分析了6种最常见的气液分离方法。研究了各种气液两相流分离方法的原理，介绍了各方法的优缺点及利用这些方法制造出的气液分离器的结构，并介绍了各种分离方法适用的领域，并针对部分方法提出了可能的改进方法。 关键字：气液两相流分离机理气液分离器 引言 气液两相流的分离主要在气液分离器中进行，而气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法主要有6种，分别是：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心分离；4、丝网分离；5、超滤分离；6、填料分离等。但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。 下面就每种方法的原理进行介绍。
1.重力沉降 1.1 重力沉降原理 气液重力沉降分离是利用气液两相的密度差实现两相的重力分离,即液滴所受重力大于其气体的浮力时,液滴将从气相中沉降出来,被分离。由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇聚在一起通过排放管排出。 1.2 重力沉降式气液分离器 图1 立式和卧式重力沉降气液分离器简图 重力沉降分离器一般有立式和卧式(图1)两类，它结构简单、制造方便、操作弹性大，但操作需要较长的停留时间，分离器体积大，笨重，投资高，分离效果差，只能分离较大液滴，其分离液滴的极限值通常为100μm，主要用于地面天然气开采集输。
气液两相流 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-
热物理量测试技术 1概述 两相流广泛应用于热能动力工程、核能工程、低温工程以及航天领域等许多领域。所谓两相流，广义上讲是指一种物质或两种物质在不同状态下的流动，其中气体和液体一起流动称为气液两相流。对于两相流中的气液混合物，它们可以是同一种物质，即汽—液(如水和水蒸气)，也可以是两种不同的物质，即气—液(如水和空气混合物)。气液两相流是一个相当复杂的问题，。在单相流中，经过一段距离之后，就会建立一个稳定的速度场。但对于两相流，例如蒸汽和水，则很难建立一个稳定的流动，因为在管道流动中有压降产生，由于此压降作用会产生液体的蒸发，所以在研究气液两相流时必须考虑两相间的传热与传质问题。 两相流学科还处于半经验半理论阶段，对于两相流的流动和传热规律进行研究时，除了依靠各种数学物理模型外，还要依靠实验，这就需要两者相结合从而更好地进行研究。 2两相流压降测量[1] 压降，即两相流通过系统时产生的压力变化，是两相流体流动过程中的一个重要参数。保持两相流体流动所需的动力以及动力系统的容量和功率就取决于压降的大小。一般说来，两相流体流动时产生的压降一般由三部分组成，即摩擦阻力压降、重位压降、加速压降，管道系统出现阀门、孔板等管件时，还需测量局部压降。目前，常用差压计或传感器来测量两相流压降。 2.1利用差压计测量压降 应用差压计测量气液两相流压降的测量原理图如图1所示。所测压降为下部抽头的压 截面上可列出压力平衡式如下： 力与上部抽头压力之差。在差压计的Z 1
P1+(P2?P1)P P P=P2+(P4?P3)P P P+(P3?P1)P P P （2.1） 式中，P P为取压管中的流体密度；P P为差压计的流体密度。 由（2.1）可得： P1?P2=(P3?P1)P(P P?P P)+(P4?P2)P P P（2.2）由上式可知，要算出压降P1?P2的值，必须知道取压管中的流体密度P P和差压计读数P3?P1。 当管中流体不流动时： P1?P2=g P P(P4?P2)（2.3） 式中，P P为两相混合物平均密度。 将式（2.3）代入（2.1）。可得两相流体静止时，差压计中读数如下： (P4?P2)（2.4） P3?P1=P P?P P P P?P P 图1气液两相流系统中的压降测量 从上面的方程式可知，为了从差压计得到压降，确定取压管中流体密度P P是十分重要的，这意味着取压管中的流体必须为单相液体或气体。因此在测量两相流压降时，需要一个装置保证取压管中永远充满液体，一般在取压管后接一个气液分离器。 图2带有气液分离器的测量系统 1-实验段；2-气液分离器；3-取压管；4-差压计；5-温度测点；6-排气阀 如图2所示，气液混合物进入气液分离器后分离，气相在上部，液相在下部，这样就可保证差压计取压管中全部为液体。但此时必须知道差压计中液体的温度，因为差压计中液体的密度与温度有关。测量时试验段中为气液混合物，因此必须对两侧的密度差进行修正。 2.2利用传感器测量压降
气液两相流研究现状 两相滝的定义妾从相的概念出发.相是指在没有外力作用下*物理、化学性质完全相同*成分相同的均匀物质的顒嗪态*并且相与柑之问有明璃的物理界面*自然界中的物廣通常可分为气相.液相和固袍，单相物质（如气休或液秋）的逹动称为单相流、两榨谎则指的聂两种不同相物质（至少一相为流体）在同i体系中的共同流动|'卩自然界和工程领城中广眨有在着两相流.两相流在莅油、动力、化工、制冷、枚能、冶金、水泥.鴨倩加工、适城、水利、环境保护*建筑及航天等领城荊有潘广楚的应用凹叫按携相的纽昔方式可以将工业中的两相就分为：气液两相流"气固两相流*液因两相谎【"⑶?此外，工程中也将两种不能均匀倔合的液体的女屁流动称为直液荊相流⑴叫 气痕两相流是两相流动中锻为常叽的形或之一，在各种工业领域中广通存在.例如、石描.天然气和低器点液体的传输过程’再如锅妒、沸腾管r净礙器、气液淞合黑、苓液分离器等传热传质设备中的化学物理过程.由于吒液两棺谨中的％榨和藏相都具有可变界面，而气相文具有可压绸性*因此气議两相流被认为是最为复来的一种两相流动I叫 气液两相流可以旅据吒液两相的组分而分为单粗分气液两樹流和克组分气液两相流【叫单组分气液两相流的气液两相为同一种化学庇分的物质.例如，水蕉气和水的甩合物的谨动掲于单组分气克两相逋’单组分气Si两相诫在流动时很携压力变化的不同会发生栢?,即部分就体能汽化为驀汽或部分黨汽癡结为液体.眾组分气痕两相流的气義两相为不同化学成分的两种機廣.例如，空气和水的混合物的流动属于双组分茕簌蒔梱流，双齟分气液菸相流一般在流动时不会发生相变. 与单相潦相比，气液两枸渡有着怦多特点。气液两相洗各相间的物埋性就（密度*粘度筹）■化学性嵐、相间相对速厘等都畏影响两相渝就动的豐宴因素.此外’由于相界面的存在，通过界面可能发生热矍、质量和动量的传递.气液界面的形状还会随时发生变化, 不同程度的相的衆井也可能会发生，如小气逼并战大吒泡或小就猜井成大菠滴. 总之，气戒两相流本禽存在的这些特性都使得吒菠商相流问題的竝理费得更加困难和崔也【工创
实验三气液两相流实验 气液两相流是近几十年发展起来的一门新学科，在热能、动力、化工、核能、制冷、石油、冶金、航空航天、气力输送、液力输送、叶轮机械、生物技术、电子设备冷却等领域均有重要应用，已经成为研制、设计和运转这些重要工业关键设备的必备理论知识。 通过气液两相流的实验研究，是掌握气液两相流规律的基本方法。本实验指导书根据目前已有的科研成果和国内外有关的成就，结合热能工程专业特点，针对大型电站锅炉中的水动力问题，制定如下实验内容：①垂直上升管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；②倾斜管中气液两相流的流型和管内气液两相流的压力降；③气液两相流流经孔板的流型；④气液两相流流经文丘里管的流型；⑤水平集箱和垂直并联管的管道系统通过以上实验内容，希望能达到下列目的：①了解大型电站锅炉中的水动力特性和两相流基本现象；②能够从基本原理与动手实践的角度切实训练学生进行实验的基本能力，使学生知其然、也知其所以然；③使学生从实验设计、仪器选型、实验操作、数据提取与分析处理等各个环节能够训练出真正的实验技能，能够完成合格的实验报告。
实验1 垂直上升管中气液两相流特性实验 一、实验目的： 1. 在大型电站锅炉中垂直布置的锅炉水冷壁管被广泛应用，本实验将模拟其两相流现象和水动力特性； 2. 通过观察垂直上升管中气液两相流的流型,进一步加深了解垂直上升管中气液两相流型的特点； 3. 对垂直上升管中气液两相流的压力降有比较直观的认识，并掌握垂直上升管中气液两相流的压力降的计算方法； 二、实验仪器： 仪器名称型号参数范围 磁力泵50CQ-50 130L/min 空气压缩机V-1.2/10 1.2m3/min 电磁流量计MF/E2004011100EH11 282.6 L/min 涡轮气体流量计CP 32700-10 1-5L/min 涡轮气体流量计CP 32700-16 5-50 L/min 涡轮气体流量计CP 32700-22 50-500 L/min 差压变送器1151DP4E22B3 10KPa 差压变送器1151DP5E22B3 100KPa 压力变送器1151GP6E22B3 300KPa 三、实验原理图：
题目： 直径D=5.08cm管子，P=180bar，进口流量M=2.14kg/s,进口为饱和水，粗糙管ε D =0.002， 出口干度x e=0.3，管长100m，求?P F。 分别用M—N法、Chisholm方法（经验的C公式）、苏联78年计算标准、我国水动力计算方法。 解：计算结果如下： 1Martinelli-Nelson计算方法 ?LO2=ΔP F ΔP O =f(x,P) ?LO2等于管道中两相流体流动时的摩擦阻力压力降ΔP F和管道中汽-水混合物全部为水时的摩擦阻力压力降ΔP O之比。 对于进口处干度x=0,出口处x=x e的受热管，可按出口干度x e及P值在图中查出自x=0到x=x e的?LO2的平均值，
当x e =0.3，P=180bar=18MPa 时，查图可知平均?LO 2 ≈1.4； 对于管道中汽-水混合物全部为水时的摩擦阻力压力降： ΔP O =λO L D G 2 2A 2ρL 查NIST 软件可知在180bar 压力下ρL =543.54kg/m 3, μL =6.22×10?5Pa?s -1； λO 为假设两相混合物全部为液相时的摩擦阻力系数，采用Churchill 推荐在全Re 数范围内的计算公式： λ=8[(8R e )12+1 (A +B )3/2] 1/12 式中 A ={2.45ln [ 1 ( 7R e )0.9 +0.27(εD ) ]}16 B =(37530/R e )16 其中 R eL = Du L ρL μL =DG AμL =4G πDμL =4×2.14 π×0.0508×6.22×10 ?5≈8.62×105 所以 λO =8[(8 R eL ) 12 + 1(A + B )32 ]1 12≈0.02384 所以 ΔP O =λO L D G 22A 2ρL =0.02384×1000.0508× 2.142 2×(π×0.02542)2×543.54 ≈48 125.36
复习大纲 考试题型： 1. 名词解释 2. 选择题 3. 简答题 4. 推导题 5. 计算题 复习要点： 第一章 两相流基本参数及其计算方法 1. 质量含气率x （热平衡含气率）、容积含气率β、截面含气率α、滑移比S 的定义及计算式。 2. 气液两相的真实速度（W ''、W '）、折算速度（g J 、f J ）、漂移速度（gm W 、fm W ） 和漂移通量（gm J 、fm J ）的定义及计算式。 3. 循环速度和循环倍率的概念；为什么蒸汽发生器的循环倍率应大于4- 4.5？ 4. 两相介质的流动密度m ρ和真实密度o ρ、两相介质的比容m υ的表达式。 5. 两相流特性参数的分类。 6. 证明α、β和x 、S 之间的关系式。 7. 对于均匀加热通道，如何确定沸腾段的长度？ 第二章 两相流的流型和流型图 1. 什么叫流型？其影响因素有哪些？ 2. 垂直上升不加热管中的流型有哪五种？其各自的特征是什么？ 3. 垂直上升加热管中的流型有哪些？与不加热垂直上升管的区别？ 4. 水平不加热管中的流型有哪六种？试说明弹状流和塞状流的区别。 5. 什么叫淹没起始点？液体全部被携带点？流向反转点？淹没消失点？ 第三章 两相流的基本方程 1. 什么叫分相流模型？其基本假设是什么？ 2. 什么叫均相流模型？其基本假设是什么？ 3. 几点规律： （1）在单相流和均相流模型中，动量方程和能量方程的各项对应相等且含义相同；而分相流模型中，动量方程和能量方程的各项不相等且含义也不同。 （2）对于分相流模型，动量方程中的摩阻项只表示流体与管壁间由于摩擦产生的机械能损失，而能量方程中的摩阻项既包括与壁面间的摩阻，也包括截面上由于汽液摩擦产生机械能损失。 （3）对于绝热流动的等截面通道，加速压降为0。