多相流模型
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FLUENT多相流模型分类1、气液或液液流动气泡流动:连续流体中存在离散的气泡或液泡液滴流动:连续相为气相,其它相为液滴栓塞(泡状)流动:在连续流体中存在尺寸较大的气泡分层自由流动:由明显的分界面隔开的非混合流体流动。
2、气固两相流动粒子负载流动:连续气体流动中有离散的固体粒子气力输运:流动模式依赖,如固体载荷、雷诺数和例子属性等。
最典型的模式有沙子的流动,泥浆流,填充床以及各相同性流流化床:有一个盛有粒子的竖直圆筒构成,气体从一个分散器进入筒内,从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。
3、液固两相流动泥浆流:流体中的大量颗粒流动。
颗粒的sto kes数通常小于1。
大于1是成为流化了的液固流动。
水力运输:在连续流体中密布着固体颗粒沉降运动:在有一定高度的盛有液体的容器内,初始时刻均匀散布着颗粒物质,随后,流体会出现分层。
4、三相流以上各种情况的组合多相流动系统的实例气泡流:抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。
液滴流:抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。
栓塞流:管道或容器中有大尺度气泡的流动分层流:分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝粒子负载流:旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动气力输运:水泥、谷粒和金属粉末的输运流化床:流化床反应器、循环流化床泥浆流:泥浆输运、矿物处理水力输运:矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统沉降流动:矿物处理。
多相流模型的选择原则1、基本原则1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动,采用离散相模型。
2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴和粒子负载流动,采用混合模型或欧拉模型。
3)对于栓塞流、泡状流,采用VOF模型4)对于分层/自由面流动,采用VOF模型5)对于气动输运,均匀流动采用混合模型,粒子流采用欧拉模型。
多相流数值模型开发及应用多相流数值模型是一种用于描述不同相态被混合或流动的流体系统的数学模型。
多相流体包括气体、液体和固体,这些相在不同流动条件下可以以不同的形式和方式相互作用和变化。
开发多相流数值模型的过程中,需要考虑多种现象,如相变、界面传热传质、物质交换和不可压缩流等。
这些现象在实际流动过程中起着重要的作用,对于流体流动行为的预测和优化具有重要意义。
多相流数值模型的开发可以基于不同的方法,如欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法和欧拉-辅助粒子方法。
这些方法在描述多相流动过程中有各自的优缺点,需要根据具体情况选择合适的方法。
除此之外,还需要考虑模型的可扩展性和计算效率,以便在实际工程应用中能够满足需求。
多相流数值模型的应用非常广泛,涉及到多个领域。
在核工程中,多相流数值模型可以用于模拟核反应堆中的冷却剂流动和传热过程,以及池型核反应堆中的泄压事故。
在石油工程中,多相流数值模型可以用于模拟油藏中的油水气三相流动,以设计和优化开采方案。
在化工工程中,多相流数值模型可以用于研究气液两相流动和传递过程,从而优化反应器的运行条件。
此外,多相流数值模型还可以应用于航空航天、食品加工、环境保护等领域。
比如,在航空航天领域,多相流数值模型可以用于模拟燃烧室中的燃烧和喷注过程,以及火箭推进系统中的气液两相流动和相变过程。
在食品加工领域,多相流数值模型可以用于模拟食品材料的流动和传热过程,以优化生产工艺和提高产品质量。
总之,多相流数值模型的开发和应用在工程领域具有重要价值。
通过对多相流动过程的数值模拟,可以帮助工程师和科研人员更好地理解和优化实际流体系统的行为,从而提高生产效率、降低能源消耗和减少环境污染。
未来,随着计算机性能的提升和数值方法的不断发展,多相流数值模型的研究和应用将得到进一步推广和深入。
vof多相流模型动量方程
多相流模型动量方程是描述多相流体运动行为的重要方程之一。
在多相流体中,不同相的运动状态会相互影响,因此需要建立动量
方程来描述各相的运动特性。
多相流体的动量方程可以通过对各相的运动方程进行整合得到。
一般而言,多相流模型的动量方程可以分为两个部分,连续相的动
量方程和离散相的动量方程。
连续相的动量方程通常采用Navier-Stokes方程进行描述,考
虑了连续相的密度、速度、压力和粘性等因素。
这些方程可以描述
流体在连续相中的运动状态,包括流体的加速度、流动速度和压力
分布等。
离散相的动量方程则描述了离散相(如颗粒、气泡等)在多相
流体中的运动特性。
这些方程通常考虑了离散相的质量、速度、形
状和相互作用等因素。
离散相的动量方程可以通过欧拉-拉格朗日方
法或者欧拉-欧拉方法进行描述,以考虑离散相与连续相之间的相互
作用。
在实际工程中,多相流模型的动量方程通常会考虑到各种复杂因素,如相变、表面张力、湍流效应等。
因此,针对不同的多相流体系统,动量方程的具体形式会有所不同。
总的来说,多相流模型的动量方程是描述多相流体运动行为的重要工具,可以帮助工程师和研究人员理解和预测多相流体系统的运动特性,对于工程领域的多相流体流动、传热、传质等问题具有重要的理论和应用价值。
fluent多相流模型
Fluent多相流模型是一种广泛应用于多相流模拟的数值求解方法。
这种模型可以模拟具有液体、气体和固体三种组分的多相流动系统,使得流动特性得到更为详尽的描述。
它基于控制单元格(Control Volume),采用有限体积方法(FVM),从而可以计算流体与固体界面的相互作用,以及流体与流体之间的相互作用。
Fluent多相流模型还能够模拟不断变化的流体和悬浮物的运动,能够模拟可燃物燃烧过程,以及其他更为复杂的流动现象。
Fluent多相流模型应用于机械、电子、自动化及工程等方面,其计算精度也属于较高的等级。
Fluent多相流模型通过对流体及悬浮物的实时求解,用以分析多相流动系统中物理和化学现象的发展,从而实现对模型的预测和优化。
它可以求解传热、传质、流体动力和边界层等多相流动系统的最优状态,以及求解各种流体的流动速度、粘度、温度和压力等。
Fluent多相流模型的关键特性在于它可以模拟多相流动系统中不同物理过程的相互作用,从而使得结果非常接近实际应用情况。
流体力学中的多相流模型与仿真在流体力学领域中,多相流模型和仿真技术在研究和应用中发挥着重要的作用。
多相流模型是描述多个不同物理相互作用的数学模型,而仿真技术则是利用计算机来模拟和预测多相流体的行为。
本文将探讨多相流模型和仿真技术在流体力学中的应用和发展。
一、多相流模型多相流模型是流体力学中研究多相流体行为的重要工具。
多相流是指在同一空间中存在着两种或多种物质相的流动状态。
常见的多相流包括气固流动、气液流动和固液流动等。
1. 气固流动模型气固流动模型是研究气体和颗粒物质相互作用的模型。
这种流动模型在煤矿爆炸、粉尘扬尘、颗粒输送等领域有着广泛的应用。
常用的气固流动模型有Euler-Euler模型和Euler-Lagrange模型。
2. 气液流动模型气液流动模型是研究气体和液体相互作用的模型。
气液两相流动在石油、化工、环保等行业中具有重要的应用价值。
常用的气液流动模型有两流体模型、体积力平衡模型和界面平衡模型等。
3. 固液流动模型固液流动模型是研究固体颗粒和液体相互作用的模型。
这种流动模型在颗粒床反应器、混凝土输送等领域有着广泛的应用。
常用的固液流动模型有物理模型、经验模型和计算流体动力学模型等。
二、多相流仿真技术多相流仿真技术是利用计算机来模拟和预测多相流体行为的方法。
仿真技术可以通过数值计算的方式,将多相流动的数学模型转化为离散的数值计算模型,并通过迭代求解来获得流体的相关参数。
1. 传统的数值模拟方法传统的数值模拟方法基于有限差分法、有限元法等数值计算方法,通过网格划分和离散化,将流体力学方程数值化求解。
这种方法在处理简单的流动问题时有效,但对于复杂的多相流问题,计算效率较低。
2. 基于粒子的仿真方法基于粒子的仿真方法是通过跟踪流体颗粒的运动轨迹,模拟多相流体的流动行为。
这种方法可以精确地模拟颗粒与流体之间的相互作用,并考虑颗粒的密度、粒径等特性。
常用的基于粒子的仿真方法有离散元法和分子动力学方法等。
fluent多相流模型选择与设定Fluent多相流模型是一种用于模拟多相流动的计算模型。
它可以应用于各种工程领域,如化工、环境工程、能源等,用于预测流体在不同相态下的行为和性质。
在本文中,将介绍Fluent多相流模型的选择和设定,并探讨其在工程应用中的重要性。
选择适当的多相流模型对于准确模拟流体行为至关重要。
Fluent提供了多种多相流模型,包括欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型和欧拉-欧拉-拉格朗日模型等。
根据实际应用需求,可以选择合适的模型。
例如,在颗粒流动中,欧拉-欧拉模型可以更好地描述流体和颗粒之间的相互作用;而在液滴破裂模拟中,欧拉-拉格朗日模型可以更准确地预测液滴的形变和破裂行为。
设定正确的边界条件和物理参数也是模拟多相流动的关键步骤。
边界条件包括入口速度、出口压力、界面张力等,这些参数对于模拟结果的准确性和稳定性起着重要作用。
在设定物理参数时,需要考虑到流体的性质、颗粒的密度、粘度等因素,并根据实际情况进行合理选择。
在使用Fluent进行多相流模拟时,还需要合理设置网格。
网格的划分应该足够细致,以捕捉流体和颗粒的细微变化。
同时,为了提高计算效率,还需要根据流体和颗粒的运动特性进行网格的划分和调整。
这样可以保证模拟结果的精确性和计算的稳定性。
Fluent多相流模型在工程应用中具有广泛的适用性和重要性。
例如,在化工领域,多相流模型可以用于模拟反应器内的气体-液体反应过程,以优化反应条件和提高反应效率。
在环境工程中,多相流模型可以用于模拟污水处理过程中的气体和颗粒物的分离和去除效果。
在能源领域,多相流模型可以用于模拟燃烧过程中的燃料和空气的混合和燃烧特性,以优化燃烧效率和减少污染物排放。
Fluent多相流模型是一种强大而灵活的工具,可以帮助工程师和科研人员更好地理解和预测多相流动的行为。
通过正确选择和设定模型,并结合实际应用需求,可以获得准确、稳定的模拟结果,为工程设计和优化提供科学依据。
多相流模型
一、定义
多相流是指在流场或者位势场中,具有相同的边界条件和动力学特性的同类物质。
二、多相流的各种形式
三、体积载荷和颗粒载荷
Primary Seco
ndary
四、离散相模型
1、拉格朗日计算方法下粒子/液滴/气泡的轨迹、粒子可以与连续相交换热,质量和动量。
每条轨迹都是由一组初始条件相同的颗粒形成。
粒子与粒子间的相互作用可以忽略。
可以使用随机轨道方法或者粒子云模型来建立湍流扩散模型。
2、子模型。
离散相的加热/冷却。
流体液滴的汽化和蒸发。
燃烧粒子的挥发和燃烧。
喷雾模型中液滴的破碎聚合。
侵蚀/沉积
五、混合模型方程
六、欧拉多相模型方程。
组分输运模型和多相流模型
组分输运模型和多相流模型是现代化工过程中的重要工具,它们可以帮助工程师预测物质在不同状态下的输运、转化和分离过程,进而优化工艺流程、提高产能和改进产品品质。
以下是对这两种模型的详细阐述:
组分输运模型:
组分输运模型是描述化学物质在流体中扩散、漂移和对流运动的微分方程模型。
它可以考虑物质在不同状态下(如气态、液态、固态)的输运行为,并与其他流体性质(如速度、温度、密度)相互作用。
通常,组分输运模型是建立在质量守恒和动量守恒基础之上的,通过假设化学物质质量分数的变化来描述物质输运与反应过程,从而在特定边界条件下求解出物质的分布和浓度。
多相流模型:
多相流模型是描述多种物质(如气体、液体、固体)在不同状态下混合、转化和运动的模型。
它可以应用于化工、石油、能源等领域中的多种物质的相互作用的研究。
多相流模型可以对物体的形态、流速、质量等各个参数进行综合分析,在毫秒至微秒的时间尺度内,对物质变化的规律进行刻画,从而更好地理解和优化物质流动过程。
在实际应用中,组分输运模型和多相流模型通常会相互结合,形成一个完整的工程模型。
例如,在药物研发中,通过组分输运模型可以计算药物在体内的传输和代谢,而通过多相流模型可以预测药物在体内
的吸收和分布情况。
这些模型有助于加速产品研发和生产过程,从而为不同领域的工程师和科学家提供强而有力的研发和创新工具。
fluent多组分多相流模型理论说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨fluent多组分多相流模型的理论说明。
随着科学技术的不断发展,多组分多相流模型在各个领域中得到了广泛应用。
该模型能够考虑多种组分和相态的存在,从而更准确地描述复杂的流体行为。
1.2 文章结构文章共分为五个部分,每个部分都包含了相关的内容。
首先,在引言部分介绍了本文的概述和结构。
接下来,第二部分将详细解释多组分流动模型、多相流动模型以及Fluent软件中的多组分多相流模型。
第三部分将探讨该模型在化工工艺过程、石油与天然气行业以及环境工程领域中的应用场景。
第四部分将评估该模型的优势和挑战,并提出可能面临的问题。
最后,在结论部分总结了主要观点和发现,并提出了对未来研究方向的展望和建议。
1.3 目的本文旨在深入理解fluent多组分多相流模型,并研究其在不同领域中的应用场景。
通过对该模型进行理论说明和分析,我们可以更好地了解其优势、挑战以及潜在问题。
此外,在总结主要观点和发现的同时,本文还将对未来的研究方向提出展望和建议,为该领域的科学研究和工程实践提供指导。
2. 多组分多相流模型理论说明:2.1 多组分流动模型:多组分流动模型是描述在系统中同时存在多个物质组分时的流动行为的数学模型。
在多组分流动模型中,每个物质组分都被视为一个单独的相,并且通过质量守恒方程和动量守恒方程来描述每个组分的运动。
此外,还引入了物质浓度、温度、压力等参数来完整描述系统状态。
2.2 多相流动模型:多相流动模型是用于描述具有不同物理性质的两种或更多相互作用的复杂系统中的流体行为的数学模型。
在传统单相流动模型中,假设介质是均匀连续的,但在实际情况下,往往存在着两种或者更多不同相态之间的界面。
因此,通过引入界面张力、表面张力等参数以及液滴或气泡等微观结构来描述这些不同相态之间的交互关系。
2.3 Fluent中的多组分多相流模型:Fluent是一种常用于计算流体力学仿真软件,在其中提供了丰富有效的多组分多相流建模工具和方法。
Eulerian 多相流模型是一种广泛应用于流体力学领域的数学模型,可以描述两种或多种物质在流动过程中的混合和相互作用。
在工程和科学领域中,研究多相流混合模型的控制方程对于解决实际应用中的问题具有重要意义。
本文将从原理出发,详细解释eulerian多相流混合模型所涉及的控制方程。
1. 背景介绍Eulerian 多相流混合模型是描述多种物质在流体中运动和相互作用的数学模型,广泛应用于石油工程、化工工程、环境工程等领域。
在这一模型中,每种物质都被看作是连续分布的,其混合和相互作用可以通过一组控制方程进行描述。
2. 控制方程在eulerian多相流混合模型中,需要解决的控制方程包括流体的守恒方程、粒相守恒方程、颗粒物质的物理方程以及界面传递方程等。
具体而言,这些方程包括:- 流体的守恒方程:描述流体的运动和能量传递,通常包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
- 粒相守恒方程:描述固体颗粒在流体中的运动和传递过程,包括颗粒质量守恒方程和颗粒动量守恒方程。
- 颗粒物质的物理方程:描述颗粒物质的性质和状态变化,如颗粒物质的密度、温度、压力等。
- 界面传递方程:描述不同相物质之间的相互作用和传递过程,如相变、界面张力等。
3. 控制方程的数学描述控制方程的数学描述通常采用偏微分方程的形式,用来描述流体和颗粒物质在空间和时间上的变化规律。
具体而言,这些方程可以表示为:流体的守恒方程:\[ \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0 \]颗粒物质的守恒方程:\[ \frac{\partial \rho_p}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho_p\mathbf{v}) = 0 \]颗粒物质的物理方程:\[ \frac{\partial \rho_p}{\partial t} + \nabla \cdot (\rho_p\mathbf{v}) = 0 \]界面传递方程:\[ \frac{\partial \sigma}{\partial t} + \mathbf{u} \cdot \nabla\sigma = \nabla \cdot \mathbf{T} \]其中,ρ表示流体的密度,u表示流体的速度,ρp表示颗粒物质的密度,v表示颗粒物质的速度,σ表示界面张力,T表示界面张力张量。
1.多相流动模式我们可以根据下面的原则对多相流分成四类:气-液或者液-液两相流:o 气泡流动:连续流体中的气泡或者液泡;o 液滴流动:连续气体中的离散流体液滴;o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡o 分层自由面流动:由明显的分界面隔开的非混合流体流动;气-固两相流:o 充满粒子的流动:连续气体流动中有离散的固体粒子;o 气动输运:流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素;最典型的模式有沙子的流动,泥浆流,填充床,以及各向同性流;o 流化床:由一个盛有粒子的竖直圆筒构成,气体从一个分散器导入筒内;从床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮;改变气体的流量,就会有气泡不断的出现并穿过整个容器,从而使得颗粒在床内得到充分混合;液-固两相流o 泥浆流:流体中的颗粒输运;液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的流动;在泥浆流中,Stokes 数通常小于1;当Stokes数大于1 时,流动成为流化fluidization了的液-固流动;o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内,初始时刻均匀散布着颗粒物质;随后,流体将会分层,在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤积层,在顶部出现了澄清层,里面没有颗粒物质,在中间则是沉降层,那里的粒子仍然在沉降;在澄清层和沉降层中间,是一个清晰可辨的交界面;三相流上面各种情况的组合各流动模式对应的例子如下:气泡流例子:抽吸,通风,空气泵,气穴,蒸发,浮选,洗刷液滴流例子:抽吸,喷雾,燃烧室,低温泵,干燥机,蒸发,气冷,刷洗活塞流例子:管道或容器内有大尺度气泡的流动分层自由面流动例子:分离器中的晃动,核反应装置中的沸腾和冷凝粒子负载流动例子:旋风分离器,空气分类器,洗尘器,环境尘埃流动风力输运例子:水泥、谷粒和金属粉末的输运流化床例子:流化床反应器,循环流化床泥浆流例子: 泥浆输运,矿物处理水力输运例子:矿物处理,生物医学及物理化学中的流体系统沉降例子:矿物处理2. 多相流模型FLUENT中描述两相流的两种方法:欧拉一欧拉法和欧拉一拉格朗日法,后面分别简称欧拉法和拉格朗日法;欧拉法即为两相流模型,拉格朗日法即为离散相模型欧拉法着眼于空间的点,基本思想是考察空间一个点上的物理量及其变化;在欧拉方法中,FLUENT将不同的相被处理成互相贯穿的连续介质;各相的体积率是时间和空间的连续函数,其体积分率之等于1;欧拉法中两相流模型包括:VOFthe volumeoffluid模型,混合模型和欧拉一欧拉模型VOF模型Volume of Fluid Model混合模型Mixture Model欧拉模型Eulerian ModelVOF模型Volume of Fluid ModelVOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题,在处理两相流中,假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1,如果α1=0,表示该控制容积中不含第一相,如果α1=1,则表示该控制容积中只含有第一相,如果0<α1<1,表示该控制容积中有两相交界面;VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积,其方法占内存小,是一种简单而有效的方法;VOF模型在应用的过程中存在某些局限性:l在利用该模型进行模拟时要求所有的控制体积必须被任何一种流体相或混合相所填满,即不能存在无流体流动的区域;2只允许一相流体是可压缩的;3很难对具有混合物料和反应存在的流动进行模拟;4相间存在较大速度差时,界面的速度精度会受到很大的影响;混合模型Mixture Model混合模型Mixture Model是一种简化的两多相流模型,它使用单流体方用于模拟各相有不同速度的两多相流,但是假定了在短空间尺度上局部的,相之间的耦合很强;同时也用于模拟有强烈藕合的各向同性相流和各相以相度运动的两多相流;混合模型可以通过求解混合相的动量、连续性和能量,第二相的体积分率方程,以及相对速度的代数表达式模拟多相fluldorculate;典型的应用包括低负载的粒子负载流,沉降,旋风分离器以及气相容很低的泡状流;混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流;用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型;考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用;使用了滑移速度的概念,允许相以不同的速度运动;用于模拟各相有不同速度的多相流;也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流;缺点:界面特性包括不全,扩散和脉动特性难于处理;欧拉模型Eulerian Model欧拉一欧拉模型Euler-Euler Model是两多相流中最复杂的两多相流模型,也称为双流体模型;连续相与分散相被视为连续的一体;欧拉一欧拉模型对每一相都建立动量方程和连续性方程,通过压力和相间交换系数的藕合来计算求解;欧拉模型的应用包括气泡柱、颗粒悬浮以及流化床的模拟;有人将其成功地应用欧拉-模型模拟了鼓泡塔中两多相流的模拟及气泡聚并和破碎的影响;欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型;把颗粒和气体看成两种流体,空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度,这些流体其存在同一空间并相互渗透,但各有不同的体积分数,相互间有滑移;颗粒群与气体有相互作用,并且颗粒与颗粒之间相互作用,颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用;各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布;几种多相流模型的选择VOF模型适合于分层流动或自由表面流;Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离,或者离散相的体积份额超过10%-12%的情况;Mixture模型和Eulerian模型区别如果离散相在计算域分布较广,采用 Mixture模型;如果离散相只集中在一部分,使用Eulerian模型;当考虑计算域内的interphase drag laws 时,Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果;从计算时间和计算精度上考虑;拉格朗日法着眼于流体的质点,基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的运动全过程,记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及变化;在拉格朗日方法中,FLUENT将主体相视为连续相,稀疏相视为离散颗粒,主体相用欧拉法,而离散相利用拉格朗日法进行粒子跟踪,这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型;此模型中需要离散相体积含量不超过15%,离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍流扩散稀疏参数,并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹;该模型能详细地分析粒子/液滴间的作用力以及流体间复杂的作用力,避免了应用大量的经验关系,又避免了离散相数值解的扩散问题,虽然计算量庞大,但是相对欧拉模型来讲,精度要更高一些;比较了各种模型,认为离散相模型能更准确地模拟气—固两相流动,能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹;3.选择基本原则通常,你一旦决定了采用何种模式最能符合实际的流动,那么就可以根据以下的原则来挑选最佳的模型;对于体积率小于 10%的气泡、液滴和粒子负载流动,采用离散相模型;对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出 10%的气泡、液滴和粒子负载流动,采用混合物模型或者欧拉模型;对于活塞流,采用 VOF 模型;对于分层/自由面流动,采用VOF 模型;对于气动输运,如果是均匀流动,则采用混合物模型;如果是粒子流,则采用欧拉模型;对于流化床,采用欧拉模型模拟粒子流;对于泥浆流和水力输运,采用混合物模型或欧拉模型;对于沉降,采用欧拉模型;对于更加一般的,同时包含若干种多相流模式的情况,应根据最感兴趣的流动特征,选择合适的流动模型;此时由于模型只是对部分流动特征做了较好模拟,其精度必然低于只包含单个模式的流动;Fluent软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带的离散相模型DPM——Discrete Phase Model;此模型是以欧拉—拉格朗日方法为基础建立的;它把流体作为连续介质,在欧拉坐标系内加以描述,对此连续相求解输送方程,而把雾滴颗粒群作为离散体系,通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒的轨道,可以计算出这些颗粒的轨道以及由颗粒引起的热量/质量传递;同时,在计算中,相间耦合以及耦合结果对离散相轨道、连续相流动的影响均可考虑进去;当计算颗粒的轨道时,Fluent跟踪计算颗粒沿轨道的热量、质量、动量的得到与损失,这些物理量可作用于随后的连续相的计算中去;于是,在连续相影响离散相的同时,用户也可以考虑离散相对连续相的作用;交替求解离散相与连续相的控制方程,直到二者均收敛二者计算解不再变化为止,这样,就实现了双向耦合计算;在采用FLUENT中的离散相模型时,需要定义每个粒子尺寸以及温度;这些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量/质量计算的必要条件;轨迹以及热量/质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质量传递以及粒子在流场运动时的;而预测所得的轨迹以及相关的质量、热量传递可以通过1稳态问题建立及求解程序纲要建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示:l求解连续相流动;2生成离散相的入射;3根据需要选择是否连续相与离散相关联求解;4用画图或者提取数据来跟踪离散相入射;2非稳态问题建立及求解程序纲要建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示:l生成离散相入射;2初始化流场;3取合适的时间步长数目进行求解;随着求解的进行,粒子的位置将会被更新;利用Fluent自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为;首先假设不带颗粒的空气为连续相,对其进行单相模拟;之后,假设雾化喷嘴喷出的甲烷颗粒为离散相,进行了气液两相耦合模拟;单相稳态模拟的基础上打开DPM模型Discrete Phase Model 加入离散相——甲烷雾滴进行两相耦合模拟,重点介绍了DPM中参数的设定;1 打开DPM模型利用Define/Models/Discrete Phase Model打开DPM,本文截取了Discrete Phase Model 设置面板的一部分,对其中参数的设定进行详细的分析,如图1所示;图1 Discrete Phase Model面板当模拟两相耦合过程时,用户应该首先计算得到收敛或部分收敛的连续相流场,然后再创建喷射源进行耦合计算;在每一轮离散相的计算,FLUENT 计算颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的相间动量、热量以及质量交换项;然后,这些交换项就会作用到随后的连续相的计算;耦合计算时FLUENT 在连续相迭代计算的过程中,按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代;直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化即,达到了所有的收敛标准,耦合计算才会停止;当达到收敛时,离散相的轨迹也不再发生变化若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化;耦合计算的设定步骤如下:1. 计算连续相流场;2. 在Discrete Phase Model panel 面板中,激活Interaction with Continuous Phase 选项;3. 在Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 文本框中设定颗粒轨迹的计算频率即连续相迭代多少步,就进行一轮离散相的计算;若用户设定此参数为5,即意味着在连续相进行了五步迭代之后,就开始离散相的迭代计算;两个离散相计算中间应该间隔多少连续相的迭代步,要视用户问题的物理意义而定;需要注意的是,若此参数设定为0,那么FLUENT 将不进行离散相的计算;另外,图1中绿色圈的2个参数是最大计算步数Max. Number Of Steps和积分尺度Length Scale;最大计算步数Max. Number Of Steps是用积分方程1,2 求解颗粒轨道时,允许的最大时间步数;当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时,FLUENT 就自动中止了此颗粒的轨道计算,输出时,此颗粒被标记为“incomplete”;对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算;但是,对于缺省的500 步的最大时间步数,很多问题的计算都不止这么多;这种情况下,当颗粒信息在输出时被标记未完成,而实际颗粒并不是在流场中无休止的打转,那么,用户可以增加最大时间步数注值得注意的是:设定上述各个参数的一个简便方法是,若用户希望颗粒穿越长度为D的计算域,那么用长度标尺乘以最大积分时间步数,其结果应该大致等于D,即等于所设定的Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration的值;2 创建injection通过Define/injection/create进入创建injection面板,如下图所示:在Injection Type中选择射流源类型,本文选定空气雾化喷嘴air-blast-atomizer;在Particle Type中选择颗粒类型,本文选择Droplet液滴是一种存在于连续相气流中的液体颗粒;它服从力的平衡并受到加热/冷却的影响由定律1 确定;此外,他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾请参阅User’s Guide中的19.3.4;只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的,或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型,液滴类型才是可选的;当选择了液滴类型之后,用户应该使用理想气体定律来定义气相密度在空气辅助雾化模型里,用户应直接设定液膜厚度,如图3所示;在Point Properties 面板上,设定喷口处液膜的内外半径,即液膜的厚度;另外,用户还必须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射角度,如图4所示;液膜离开喷口之后,它的初始轨道沿着设定的喷射角;注意:如果初始液膜的轨道指向中心线,那么,喷射角度为负值;3 离散相边界条件的设定在Discrete Phase Model Conditions 属性框下的Boundary Cond. Type 下拉框中选择reflect,trap,或escape 边界条件在面板中,需要点击DPM 才能激活Discrete Phase Model conditions;如图5所示;FLUENT 中的离散相缺省边界条件为:1.壁面wall、对称面symmetry、轴对称的轴线axis均为``reflect''边界条件,且恢复系数均为;2.所有的流动类型边界压力入口-pressure inlets、速度入口-velocity inlets、压力出口-pressure outlets 等,均为``escape''边界条件;3.所有的内部区域边界辐射体- radiator、多孔介质间断面- porous jump均为边界条件;4.有对壁面边界wall才可以修改恢复系数;注意:在Boundary Conditions 面板打开的面板中可以设定离散相边界条件;当设定完一个以上的喷射源之后,离散相边界条件的输入项就会出现在相应的面板中;4 模拟结果及后处理颗粒轨道的输出时,颗粒的可能的结果如下:1.Escaped:逃逸意味着颗粒在已经设定了逃逸边界条件的流动边界终止了轨迹的计算; 2.Incomplete:未完成:意味着颗粒轨迹的计算时间步长已经达到设定的最大步数在Discrete Phase Model panel 面板中的Max. Number Of Steps 文本框中设定, 3.Trapped:捕获:意味着颗粒在已经设定了捕集边界条件的流动边界终止了轨迹的计算;4.Evaporated:蒸发:意味着颗粒在计算域中被完全蒸发掉了;5. Aborted:忽略:意味着颗粒由于舍入误差原因而不能进行计算;用户可以修改长度标尺或设定不同的初始条件来重新计算颗粒轨迹;需要注意的是,除了用连续相的变量值来着色颗粒轨迹外,也可以使用离散相的各种变量值来进行着色;这些变量值包括:颗粒已停留时间、颗粒速度、颗粒直径、颗粒密度、颗粒质量、颗粒温度、颗粒所使用的定律、颗粒积分时间步长、颗粒雷诺数;在Color By 类目框下的Particle Variables...下拉框中列出了所有可选的着色颗粒变量;为了显示计算域内的最大/最小值,可以点击Update Min/Max 按钮更新;—————————————————————DPM 模型的基本操作和注意事项1 DPM 模型概述DPM 模型可以用来模拟流场中的离散相,它的特点是使用方便,模拟思路清晰,计算中可以对颗粒运动轨迹进行跟踪,结果直观;其缺点是,计算结果无法得到离散相各种场图,为结果分析造成很大不便;FLUENT 提供了如下的离散相模型选项:1. 使用Lagrangian 坐标下的公式计算颗粒的轨迹;这些公式涉及了稳态及非稳态条件下离散相的惯性力、曳力和重力;2. 连续相中的漩涡对于离散相扩散产生的扰动进行预测;3. 离散相的加热与冷却;4. 液滴的蒸发和沸腾;5. 提供对颗粒燃烧的模拟,可以通过对挥发份析出和焦炭燃烧来模拟煤粉的燃烧;6. 可以选择是否进行连续相与离散相的耦合计算;7. 液滴的破碎与合并;这些模型时的FLUENT 可以用来对许多种离散相的问题进行模拟,包括颗粒的分离与分级,喷雾干燥,烟雾的扩散,液体中气泡的搅浑,液体燃料和煤的燃烧;当需要在FLUENT 的模型中加入离散相时,可以通过定义颗粒的初始位置、速度、粒径、温度等参数实现,具体的操作过程在“Discrete Phase Model”面板中完成;以上的参数再加上颗粒的物理属性,就可以作为计算颗粒轨迹和颗粒热、质传递的初始化条件; 下面就使用DPM 模型的基本步骤归纳如下:对于稳态问题,可采用以下步骤求解:1. 求解连续相流动;2. 添加离散相;3. 如果需要的话可以求解耦合流动;4. 对计算结果进行后处理对于非稳态问题,可通过以下步骤求解;1. 添加离散相;2. 初始化流场;3. 设定时间步长;对于非耦合问题,FLUENT 会在每个时间步长的最后更新离散相的位置;对于耦合问题,在每次相间耦合计算中离散相的位置都回更新;2 应用DPM 模型需要注意的一些问题在Fluent 中应用DPM 模型进行计算时,需要注意DPM 模型忽略了两相流中颗粒之间的相互作用,以及颗粒相对连续相流动产生的影响;这就决定了两相流中颗粒相的体积分数不能太高,通常情况下这一体积分数要小于10%~20%;但是,这并不意味着在应用DPM 模型时颗粒相的质量分数也要小于10%~20%,实际上,我们可以使用DPM 模型来模拟离散相质量分数等于或超过连续相质量分数的流动;1如果颗粒是以喷射的形式进入连续相的,而且流场中有明确的入口和出口,这种情况下可以使用稳态的DPM 模型来计算;2如果颗粒相在连续相中处于一种无限期的悬浮状态,这种情况下稳态的Lagrangian 模型就不再适用了,对于这样的工况可以考虑使用非稳态的DPM 模型来进行求解;换句话说,对于搅拌器、混和器、流化床这一类容器如果应用DPM 模型来模拟其流场,应该在非稳态的前提下进行;一旦应用DPM 模型来对流动进行模拟后,Fluent 中的某些功能将不能再被使用;具体如下:1. 周期性的边界条件;2. 可调的时间步长;3. 使用非预混燃烧模型时,颗粒不能参加反应;4. 当使用动网格或变形网格时,颗粒喷射的表面便不能随网格一起运动;5. 如果使用了复合参考系,在参考系下颗粒轨道失去了原有的意义,同理,相间耦合计算也失去了意义;解决这个问题的方法就是采用绝对速度来对颗粒进行跟踪而不是采用相对速度,这一方法可以通过在文本窗口输入以下命令实现:define/models/dpm/tracking/track-inabsolute-frame;需要注意的是,计算结果会与符合参考系下壁面的位置有很大关系;颗粒的跟踪是在哪个参考坐标系下进行的,颗粒的入射速度就要在哪个参考坐标系下定义的;默认情况下,颗粒速度是基于当地坐标系定义的,如果你激活了track-in-absolute-frame方法如前所述,颗粒速度就基于绝对坐标系来定义; 3.DPM 模型的傻瓜用法所谓的傻瓜用法,就是不用考虑细节,甚至不必知道模型设置面板中每一项的意义所在,而只给出相应参数的设定来进行求解;我们不提倡这样的做法,但这也确实是能让新手尽快上路的好办法,当然,有可能计算的结果不准确,但对于简单的流场来讲,应该还可以接受,对于稍复杂的情况,即便是老手,也不敢保证一次建模、一次计算就能得到满意的结果,所以,慢慢调试吧对于稳态的工况,为了确保计算结果的收敛,可以暂时先不在流场中添加离散相,而仅仅进行连续相的迭代,一直迭代到连续相收敛再加入离散相;当然,也可在计算得到收敛趋势时加入离散相;本节只讨论DPM 模型面板的设定; 下面说明傻瓜用法的操作步骤:1. 通过Define→Models→Discrete Phase 来打开DPM 模型的控制面板,2. 选中interaction with Continuous Phase;3. 将Number of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration 置为20;4. 选中Specify Length Scale,将Length Scale 置为,注意Length Scale 后面的单位是m;5. 粗略估计颗粒的行程,然后用该行程除以Length Scale,得到的值就是Max. Number Of Steps 要输入的值;实际上,Length Scale 与Of Steps 的乘积即为跟踪颗粒轨迹的最大长度,如果你想观察颗粒在整个流场中的流动,那么这个乘积的值就要大于颗粒的轨迹长度,所以此时可以适当地扩大Max. Number Of Steps 的值;6. 点击面板下方的injections,弹出Injections 面板,再点击Create,弹出Set Injection Properties 面板,在此面板中设定颗粒的属性;7. 在Point Properties 下输入颗粒的各种参数;8. 在Turbulent Dispersion 下激活Stochastic Tracking 选项,将Number of Tries 改成10;至此,DPM 模型的基本设定就全部结束了;接下来的任务就是针对自己模型的特点,有针对性的到帮助文件中去寻找解决问题的方法;_______________________________我们先看看燃烧中的组分输运和有反应流动该如何处理;这是燃烧问题中很重要的一部分,前人发展了很多模型来处理不同的具体问题:a 通用有限速度模型该方法基于组分质量分数的输运方程,采用你所定义的化学反应机制,对化学反应进行模拟;反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的,计算反应速度有几种方法:从Arrhenius 速度表达式计算,从Magnussen 和Hjertager 的漩涡耗散模型计算或者从EDC 模型计算;b 非预混燃烧模型在这种方法中,并不是解每一个组分输运方程,而是解一个或两个守恒标量混和分数的输运方程,然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度;该方法主要用于模拟湍流扩散火焰;在守恒标量方法中,通过概率密度函数或者PDF 来考虑湍流的影响;c 预混和燃烧模型这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统;在这些问题中,完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开;我们解出反应发展变量来预测前缘的位置;湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的;d 部分预混和燃烧模型顾名思义,部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统;在这种方法中,我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置;模型选取的大致方针如下:1通用有限速度模型主要用于:化学组分混合、输运和反应的问题;壁面或者粒子表面反应的问题如化学蒸汽沉积;2 非预混燃烧模型主要用于:包括湍流扩散火焰的反应系统,这个系统接近化学平衡,其中的氧化物和燃料以两个或者三个流道分别流入所要计算的区域;3 预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动;。
多相流物理模型构建步骤
多相流物理模型是研究两种或以上相互作用的流体在介质中的运动过程的一个重要方法。
以下是构建多相流物理模型的一般步骤:1. 多相流分类:根据不同的相互作用类型、颗粒尺寸和其他特征,将多相流进行分类。
常见的分类方法包括气-液、液-液、固-气、固-液等。
2. 假设和方程:建立多相流的假设和方程,根据所研究的多相流问题的不同,选择适当的假设和方程进行建模。
其中,最主要的方程为质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,同时还需要考虑其他因素如组分转移、相变、界面传质等。
3. 模型验证:选择合适的实验方法和数据,验证所建立的模型的准确性和可靠性。
通过比较模型预测的结果和实验测量结果来检验模型的有效性。
4. 参数计算:通过对所建立的模型进行参数计算,确定模型中各个参数的取值,以便之后的模型求解使用。
5. 模型求解:采用数值模拟的方法求解所建立的多相流物理模型。
求解过程中需要进行数值算法的选择和参数调整。
6. 结果验证:将求解结果与实验数据进行比较和验证,检验所建立模型的精度和可靠性。
综上所述,构建多相流物理模型需要进行分类、假设和方程建立、模
型验证、参数计算、模型求解以及结果验证等一系列步骤,才能得到准确实用的模型。
多相流解释模型存在的问题
多相流是指在同一空间内存在两种或两种以上的不同相态(如气液、固液等)共存并相互作用的流体现象。
多相流模型存在一些问题,主要包括以下几个方面:
1. 多尺度问题,由于多相流系统中存在不同尺度的相互作用,例如气泡在液体中的运动、颗粒在气相中的扩散等,这些现象涉及到微观和宏观尺度的相互作用,因此多相流模型需要考虑多尺度效应,这增加了模型的复杂性。
2. 相态转变问题,在多相流中,不同相态之间存在相变现象,例如气液两相之间的汽液相变、固液两相之间的凝固/熔化等。
这些相变现象对流体性质和流动行为产生显著影响,但现有的多相流模型在描述相变过程时存在一定的局限性,尤其是在界面处的物理量的描述和计算。
3. 不确定性问题,多相流系统中存在大量的不确定性因素,例如相态之间的相互作用、界面运动行为、相态转变的时空尺度等。
这些不确定性因素使得多相流模型的建立和求解变得困难,需要考虑到不确定性对模型结果的影响。
4. 计算复杂性问题,由于多相流模型需要考虑多种相态的相互作用和转变过程,因此模型的求解通常需要借助于复杂的数值计算方法,如计算流体力学(CFD)、离散元法(DEM)等。
这些数值方法在处理多相流问题时往往需要高计算成本,且对计算资源和算法的要求较高。
综上所述,多相流模型存在多尺度问题、相态转变问题、不确定性问题和计算复杂性问题等方面的挑战。
解决这些问题需要综合运用数学建模、物理实验和数值计算等方法,以期能够更准确地描述和预测多相流系统的复杂行为。
多相流模型和离散相模型的区别两相流:通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流;其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”,气体或液体为另一“相”,由此就有气—液,气—固,液—固等两相流之分。
两相流的研究:对两相流的研究有两种不同的观点:一是把流体作为连续介质,而把颗粒群作为离散体系;而另一是除了把流体作为连续介质外,还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系:即拉格朗日坐标和欧拉坐标,以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标;以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
离散相模型←FLUENT在求解连续相的输运方程的同时,在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相;←离散相模型解决的问题:煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等;←应用范围:FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%(但颗粒质量承载率可以大于10-12%,即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动);不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题,包括:搅拌釜、流化床等;←颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑;湍流中颗粒处理的两种模型:Stochastic←Tracking,应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响;Cloud Tracking,运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。
通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”多相流模型FLUENT中提供的模型:VOF模型(Volume of Fluid Model)←混合模型(Mixture Model)←←欧拉模型(Eulerian Model)VOF模型(Volume of Fluid Model)← VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题,在处理两相流中,假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1,如果α1=0,表示该控制容积中不含第一相,如果α1=1,则表示该控制容积中只含有第一相,如果0<α1<1,表示该控制容积中有两相交界面;← VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积,其方法占内存小,是一种简单而有效的方法。
【管理知识】通用多相流模型介绍(doc 64页)部门: xxx时间: xxx整理范文,仅供参考,可下载自行编辑20.通用多相流模型(General Multiphase Models)本章讨论了在FLUENT中可用的通用的多相流模型。
第18章提供了多相流模型的简要介绍。
第19章讨论了Lagrangian离散相模型,第21章讲述了FLUENT中的凝固和熔化模型。
20.1选择通用多相流模型(Choosing a General Multiphase Model)20.2VOF模型(Volume of Fluid(VOF)Model)20.3混合模型(Mixture Model)20.4欧拉模型(Eulerian Model)20.5气穴影响(Cavity Effects)20.6设置通用多相流问题(Setting Up a General Multiphase Problem)20.7通用多相流问题求解策略(Solution Strategies for General Multiphase Problems)20.8通用多相流问题后处理(Postprocessing for General Multiphase Problems)20.1选择通用的多相流模型(Choosing a General Multiphase Model)正如在Section 18.4中讨论过的,VOF模型适合于分层的或自由表面流,而mixture和Eulerian模型适合于流动中有相混合或分离,或者分散相的volume fraction超过10%的情形。
(流动中分散相的volume fraction小于或等于10%时可使用第19章讨论过的离散相模型)。
为了在mixture模型和Eulerian模型之间作出选择,除了Section18.4中详细的指导外,你还应考虑以下几点:★如果分散相有着宽广的分布,mixture模型是最可取的。
ansys fluent多相流模型及其工程应用
ANSYS Fluent是一种流体动力学仿真软件,多相流模型是其其中之一的模块,用于模拟和分析多种物质的流动行为和相互作用。
在ANSYS Fluent中,多相流模型可以用来研究和分析以下情况:
1. 涉及两个或多个互相作用的物质的流动,例如气泡在液体中的运动、固体颗粒在气体中的输运等。
2. 液体在固体颗粒上的湿润和液滴的形成与脱落。
3. 气体和液体的接触区域的传质和传热过程。
4. 多相流模型可以考虑物质间的相互作用,例如表面张力、相变、物质的传质和传热等。
多相流模型在工程应用中具有广泛的应用,包括但不限于以下领域:
1. 石油与天然气工程:通过模拟多相流动来研究油气井中的油水气分离、油水混输等问题。
2. 化工与过程工程:用于研究化工反应器中的多相反应和传质传热过程、粉体输送和颗粒反应等问题。
3. 能源与环境工程:用于模拟燃烧过程中的燃气混合、火焰传播等多相流动问题以及涡轮机械中气固两相流动的性能优化等。
4. 生物医学工程:用于模拟人体内各种生理学过程中的多相流动如血流动力学、药物输送等。
通过ANSYS Fluent多相流模型,工程师可以准确地分析和预
测多种物质的流动行为和相互作用,从而指导设计优化和问题解决。