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多孔介质孔隙率对气液两相流场的影响陈军强;孙三祥;张占东;邵振宇【摘要】基于Ansys/Fluent软件对速分球曝气生物滤池内一组速分球的气液两相流动进行三维数值模拟,模拟采用双流体的Mixture模型和多孔介质的渗流模型.模拟获得速分球生物滤池系统中速分球内基质的不同孔隙率对速分流场的影响,以及渗流对基质内部流场的影响.根据模拟结果对比分析基于渗流理论的不同孔隙率的多孔介质对气液两相速分流场速度场的影响,以确定最适合微生物生长的基质孔隙率.研究表明,速分球基质孔隙率为0.6时,最适合生物膜的生长.%Based on Ansys/Fluent software, three-dimensional numerical simulation of gas-liquid two phase flow in a group of velocity discrete spheres in biological aerated filter was carried out. The Mixture model of two-fluid and the seepage model of porous media were adopted.The influence of different porosity of the matrix in the velocity discrete biofilter on the velocity discrete flow field and the influence of seepage on the internal flow field of the matrix were determined through the simulation. According to the simulation results, the influence of porous media with different porosity based on seepage theory on the velocity field of the gas-liquid two phase velocity discrete flow field were compared and analyzed to determine the porosity of the matrix which is most suitable for microbial growth. The results of the study showed that, porosity of the velocity discrete sphere was selected to be 0.6,for it is the most suitable value for the biofilm growth.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2018(049)001【总页数】6页(P49-54)【关键词】渗流理论;多孔介质;孔隙率;气液两相流;数值模拟【作者】陈军强;孙三祥;张占东;邵振宇【作者单位】兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州730070;兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州730070;寒旱地区水资源综合利用教育部工程研究中心,兰州730070;兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州730070;兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州730070【正文语种】中文【中图分类】X703.1生物膜法是与活性污泥法平行发展的一种污水处理技术方法［1-3］，生物膜法在处理工业废水中有着广泛应用。
多孔介质中的流体深层过滤研究引言多孔介质是一种具有孔隙结构的材料，常用于过滤和分离流体中的颗粒、有机物或溶质。
在工业生产、环境保护、水处理等领域，流体的深层过滤技术已经成为一种重要的处理手段。
本文主要研究多孔介质中的流体深层过滤技术，探讨其原理、方法和应用，为相关领域的研究和应用提供参考。
1. 多孔介质的特性多孔介质是由孔隙和固体组成的材料，其特性主要体现在以下几个方面：1.1 孔隙结构多孔介质的孔隙结构决定了其过滤效果和处理能力。
孔隙结构的特点包括孔隙大小、孔隙形状和孔隙分布等。
不同孔隙结构适用于不同颗粒物质的过滤和分离。
1.2 孔隙连通性多孔介质中的孔隙可以相互连接，形成复杂的孔隙网络。
孔隙连通性直接影响流体在介质中的渗透性和分布。
良好的孔隙连通性有利于流体的深层过滤和传输。
1.3 表面特性多孔介质的表面特性影响着流体与固体的相互作用。
表面特性包括比表面积、表面电荷和亲水性/疏水性等。
这些特性对流体中溶质的吸附和分离有重要影响。
2. 流体深层过滤的原理流体深层过滤是指将流体通过多孔介质，利用介质的吸附、阻截和传递作用，将流体中的颗粒物质、有机物或溶质分离出来。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 机械阻隔多孔介质通过其孔隙结构，实现对颗粒物质的过滤和分离。
孔隙的大小和分布对不同颗粒物质的拦截起着重要作用。
小孔隙可以阻拦尺寸较大的颗粒物质，从而达到过滤的目的。
2.2 吸附作用多孔介质的表面具有吸附活性，可以吸附溶液中的有机物或溶质。
通过多孔介质的吸附作用，可以实现对流体中有机物或溶质的去除和分离。
2.3 电荷作用多孔介质还可以通过表面电荷的作用，吸附流体中带电颗粒物质。
正电荷或负电荷的多孔介质可以吸附带有相反电荷的颗粒物质，实现流体深层过滤。
3. 流体深层过滤的方法流体深层过滤可以通过不同的方法实现，常见的方法包括以下几种：3.1 压力过滤压力过滤是一种常见的深层过滤方法，通过施加外部压力，使流体强制通过多孔介质，从而实现颗粒物质、有机物和溶质的分离。
多孔介质模型多孔介质,-,技术总结12.4.3 可压缩流动的求解策略可压缩流动求解中速度、密度、压力和能量的高度耦合以及可能存在的激波导致求解过程不稳定。
有助于改善可压缩流动计算过程稳定性的方法有???(仅适用于基于压力求解器）以接近于滞止条件的流动参数进行初始化(即,压力很小但不为零,压力和温度分别等于进口总压和总温)。
在迭代过程的最初几十步不求解能量方程。
设置能量方程的亚松驰因子等于1,压力的亚松驰因子0.4,动量的亚松驰因子0.3。
求解过程稳定后再加入能量方程的求解,并将压力的亚松驰因子提高到0.7。
?设置合理的温度和压力限制值以避免求解过程发散。
?必要时,先以较低的进、出口边界压力比进行求解,然后再逐步升高压力比直到预定工况。
对于低Mach 数流动,也可以先求解不可压缩流动,然后以所得到的解作为可压缩流动的迭代初值。
某些情况下,也可以先求解无粘性流动作为迭代初值。
2.5 无粘性流动在高Re数流动中,惯性力相对于粘性力而言起支配作用,可忽略粘性的影响。
例如高速飞行器在空气动力学方案分析阶段可以采用无粘性流动计算初步确定外形,然后进行粘性计算,将流体粘性和湍流粘性对升力和阻力的影响计入。
无粘性流动计算的另一个用途是给复杂的流动提供好的迭代初值。
对于特别复杂的问题有时这是唯一能使求解过程进行下去的方法。
无粘性流动的计算求解 Euler 方程。
其中质量方程与粘性流动的相同:?粘性耗散项能量方程与粘性流动相比,式(2.34)~式(2.36)中符号的意义与粘性流动控制方程的相同见(2.1.1~2.1.3 节)。
2.6 多孔介质模型多孔介质(Porous Media)模型可用于模拟许多问题,包括流过填充床、滤纸、多孔板、布流器、管排等的流动。
多孔介质模型在流体区上定义(见17.2.1 节)。
此外,一个被称为多孔阶跃面(porous jump)的多孔介质模型的一维简化可用于模拟已知速度?压降特性的薄膜。
多孔介质中热对流二次分岔的数值分析随着科学技术的发展，多孔介质中热对流二次分岔成为当今热物理学中的一个主要研究课题。
多孔介质热对流二次分岔是由有限容积方程和有限体积差分连续力学模型描述的一个复杂的物理现象，它涉及温度未知的边界边值问题、无限维非线性稳定性和混沌等关键问题。
为了更好地了解多孔介质中的热对流二次分岔，有必要研究其背后的数学模型，采用数值方法对其进行分析。
热对流二次分岔是一种热对流失散现象，它表现为急剧变化的温度场现象。
在多孔介质中，由于受到物质特性的影响，这种变化更为明显。
热对流二次分岔是混沌现象的重要组成部分，它也是几何实体中温度场的演化过程中的重要表征。
因此，研究多孔介质中的热对流二次分岔具有重要的实践意义。
在多孔介质中的热对流二次分岔，有若干数学模型可以供研究使用，包括泊松方程、拉普拉斯方程、半空间多孔介质和热传导方程等。
其中，泊松方程是最常用的模型，它由三个不变量组成，包括时间、温度和化学物质的浓度。
此外，它还涉及到对流变量的模型参数，这些模型参数可以用来描述多孔介质的热传导性能、热容量和对流热传递系数等特性。
有限容积方程用于描述多孔介质的热流动，这是一个涉及三个自变量的非线性方程组。
采用数值方法分析多孔介质中的热对流二次分岔通常基于有限元法，利用有限体积差分连续力学模型对泊松方程进行数值求解，以求得多孔介质中热对流二次分岔的解析解。
采用有限元法分析多孔介质中的热对流二次分岔，需要构建定常热对流模型，然后基于欧拉方程进行数值求解。
有限元法的优势是具有较高的正确性和准确性，但缺点是耗时较长。
以上是关于多孔介质中热对流二次分岔的数值分析的总体介绍，未来的研究重点将针对热对流二次分岔在多孔介质中的演化过程，研究有限元分析方法以及探讨半空间多孔介质模型的数值求解等问题，以深入探讨多孔介质中热对流二次分岔的数值分析。
多孔介质流动及其应用研究多孔介质是指由固体颗粒、纤维或膜等所构成的具有连续空隙结构的物质。
在自然界和工程应用中，多孔介质流动现象普遍存在，如土壤水分运移、石油开采中的岩石渗流、过滤器中的颗粒分离等。
对多孔介质流动进行研究，不仅可以深入理解流体在多孔介质中的行为，更可以为工程应用提供指导和优化方案。
本文将介绍多孔介质流动的基本原理和应用研究进展。
一、多孔介质流动的基本原理多孔介质流动的基本原理可以通过达西定律和达西定律的延伸模型进行描述。
达西定律是描述单相流体在均质多孔介质中的流动规律，它表示了单位时间内通过单位面积的流体体积与流动梯度之间的关系。
而达西定律的延伸模型则可以描述多相流体在非均质多孔介质中的流动行为，如饱和流动、非饱和流动和两相流动等。
二、多孔介质流动的应用研究进展1. 土壤水分运移土壤是地球上最常见的多孔介质，对于农田灌溉和地下水资源管理具有重要意义。
多孔介质流动理论可以应用于土壤水分运移模型的建立和水资源管理的优化。
通过对土壤孔隙结构、土壤含水量等因素的研究，可以改进灌溉方案，提高农田水分利用效率。
2. 岩石渗流石油开采过程中，岩石渗流是一个重要的研究内容。
利用多孔介质流动理论，可以模拟岩石中油、水和气体等多相流体的运移，并预测石油开采的产能和渗流规律。
这对于石油工程的设计和优化具有重要的意义。
3. 过滤器中的颗粒分离过滤器是一种常见的多孔介质设备，广泛应用于水处理、空气净化等领域。
多孔介质流动理论可以应用于过滤器中颗粒的分离和截留机制的研究。
通过对多孔介质结构和颗粒特性的分析，可以提高过滤器的效率和寿命。
4. 化学反应和传质过程多孔介质不仅可以进行流体的传输，还可以进行物质的化学反应和传质过程。
多孔介质流动理论可以应用于模拟多相反应和传质过程，并优化反应器的设计和操作。
此外，多孔介质还可以用于催化剂的载体，提高催化反应的效率。
5. 生物医学领域应用多孔介质在生物医学领域也有广泛的应用。
收稿日期：2001-03-20；修回日期：2001-06-08基金资助：国家自然科学基金资助项目（50074019）；云南省自然科学基金资助项目（98E044M ）作者简介：王达健（1964—），男，副教授，博士.多孔介质孔隙模型及其应用———毛细管束模型王达健1，陈书荣2，张雄飞1，谢刚1（1.昆明理工大学材料与冶金工程学院，云南昆明650093；2.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055）摘要：在多孔介质中许多物理化学行为均与其自身的孔隙结构构型密切相关，建立一种切实可行的孔隙模型将会对研究材料和化工过程多孔介质提供很大的帮助。
毛细管模型是一种较为简单的实用孔隙模型，它可以通过使用毛细管压对多孔介质的浸渗和排空情况进行计算，也可以用于对多孔介质中的浸渗和排空过程进行定性的解释。
针对在研项目，对毛细管束模型情况做一评述。
关键词：多孔介质；孔隙模型；毛细管中图分类号：TF 125.6；064文献标识码：A文章编号：1001-4160（2001）05-429-432Developement and Application of Pore Structure Model———Bundle of Capillary Tubes ModelWANG Da-jian 1，CHEN Shu-rong 1，2，ZHANG Xiong-fei 1，XIE Gang 1（1.The Faculty of Materials and Metallurgical Engineering ，Kunming Uniuersity of Science and Technology ，Kunming 650093，China ；2.The Faculty of Metallurgical Engineering ，Xi ’an Uniuersity of Architecture and Technology ，Xi ’an 710055，China ）Abstract ：In a porous media many physico-chemicai properties are highiy associated with the pore structure patterns.The estab-iishment of appiicabie pore modeis couid provide much heip to research these pore structure media in materiais science and chemi-cai processes.“Bundie of Capiiiary Tubes Modei ”is reiativeiy simpier and more practicai to approach to reai case ，which iets guantitative caicuiation possibie by taking account of capiiiary fiiiing and emptying of the pore space as a function of the capiiiary pressure ，or provides guaiitative descriptions for the fiiiing or emptying processes.The“Bundie of Capiiiary Tubes Modei ”is re-viewed by aiming at ongoing research topics ，and some comments are made regarding this pore structure modei.Key words ：capiiiary ；porous media ；pore structure modei在多孔介质中，界面在决定体系的物理化学性质上起着重要的作用，对多孔介质内部孔隙体系的结构及性质在研究多孔介质吸附、脱附及材料制备方面有着很大的应用前景。
多孔介质条件多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。
当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。
通过介质的热传导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质中能量方程的处理一节。
多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。
多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。
详细内容请参阅多孔跳跃边界条件。
1、多孔介质模型的限制如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为“多孔”。
事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。
因此，下面模型的限制就可以很容易的理解了。
● 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。
这对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUENT 不会正确的描述通过介质的过渡时间。
● 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。
详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节。
2、多孔介质的动量方程多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。
源项由两部分组成，一部分是粘性损失项 (Darcy)，另一个是内部损失项：∑∑==+=313121j j j j ijj ij i v v C v D S ρμ 其中S_i 是i 向(x, y, or z)动量源项，D 和C 是规定的矩阵。
在多孔介质单元中，动量损失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。
对于简单的均匀多孔介质：j j i i v v C v S ραμ212+= 其中a 是渗透性，C2是内部阻力因子，简单的指定D 和C 分别为对角阵1/a 和C2，其它项为零。
FLUENT 还允许模拟的源项为速度的幂率：()i C C j i v v C v C S 10011-==其中C_0和C_1为自定义经验系数。
CFX多孔介质模型介绍CFX多孔介质模型是ANSYSCFX流体力学软件中的一种模拟方法，用于模拟多孔介质中的流体流动和传热现象。
多孔介质是指由固体颗粒或纤维构成的材料，具有空隙和孔隙，通常用于过滤、吸附、反应和传热等应用中。
多孔介质模型在CFX中的应用非常广泛，包括工业过程中的气体-固体和液体-固体传热、反应器中的化学反应以及土壤和岩石中的地下水流动等等。
该模型考虑了多孔介质中的连续相和离散相的相互作用，通过应用宏观平均方程（Mass Averaging Equations）对连续相进行建模，以描述多孔介质中的整体流动和传热行为。
在CFX中，多孔介质模型的建模方法主要包括两类：均匀介质模型和非均匀介质模型。
均匀介质模型是一种简化的模型，假设整个多孔介质中的连续相具有相同的宏观平均性质。
这种模型适用于孔隙率高、孔隙结构均匀且连续相性质变化不大的多孔介质。
在建模过程中，需要定义多孔介质的宏观属性，如孔隙率、多孔介质的层向渗透性、导热性等。
此外，还需要定义流体和固体之间的动量、能量和质量交换模型，以及模拟软件需要的输入条件。
非均匀介质模型则更为复杂，适用于孔隙率低、孔隙结构不均匀且连续相性质变化显著的多孔介质。
这种模型需要考虑多孔介质中的细观结构，通过将多孔介质分割成许多互不相交的子域，在每个子域中应用连续相模型进行建模。
每个子域可以有不同的物性参数，如孔隙率、渗透性、颗粒尺寸分布等。
然后，通过耦合所有子域，即可模拟整个多孔介质中的流动和传热现象。
CFX多孔介质模型在模拟过程中，通常采用网格划分法来表示多孔介质的结构，通过在各个网格单元上计算宏观平均性质来描述多孔介质中的流动和传热情况。
对于非均匀介质模型，需要将多孔介质分割成适当的子域，并在每个子域的网格上进行模拟。
同时，在计算过程中，需要考虑多孔介质表面的界面传热和动量交换，以及孔隙中的流体-固体界面。
在CFX多孔介质模型中，还可以考虑其他的物理过程，如化学反应、吸附和解吸、生物质转化等。
