T型微混合器内液相混合的数值模拟

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T型搅拌器数值模拟研究_牟童

本研究借助于计算流体力学软件ＦＬＵＥＮＴ，首先对传统的开启式涡轮搅拌器和圆盘式涡轮搅拌器进行数值模拟，并与新型的Ｔ型搅拌器进行对比分析，分别计算在相同条件下三种不同桨型搅拌器的三维流场特性和搅拌功率；其次改变Ｔ型搅拌器在搅拌槽中的安装高度，确定在指定搅拌槽尺
设置自由液面为滑移壁面边界条件（Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）［１１］，将轴和叶轮定义为动边界（ＭｏｖｉｎｇＷａｌｌ），所有槽体、搅拌轴、搅拌桨及挡板表面均采用无滑移壁面边界条件。其中搅拌轴处于叶轮外区域内，相对于区域内的流体是运动的；搅拌桨处于流体区域，相对于周围的流体以相同的转速运动。
收稿日期：２０１３－１１－０２修回日期：２０１４－０４－２８网络出版时间：２０１４－０５－０７网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１４．０３．０２０．ｈｔｍｌ作者简介：牟童（１９８８－），男，山东日照人，硕士研究生，主要从事流体机械数值模拟方面研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｔｓｅｕ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：郑源（１９６４－），男，山东日照人，教授，博士，从事流体机械数值模拟及故障诊断研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｙｕａｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１数值模拟
１．１搅拌槽与搅拌桨基本尺寸
搅拌槽内径Ｄ＝８００ｍｍ，挡板个数４，挡板高度Ｗｈ＝４００ｍｍ，挡板宽度Ｗｂ＝６０ｍｍ，挡板厚度Ｗｔ＝５ｍｍ。搅拌槽内液面高度Ｈ＝６００ｍｍ，Ｔ型搅拌器距底面高度ｈ＝２０ｍｍ，转速ｎ＝２０ｒａｄ／ｓ，搅拌桨为三个Ｔ型叶片，叶片安放角为９０°，叶片尺寸见图１，叶片厚度ｔ＝２ｍｍ，叶轮直径ｄ＝３００ｍｍ，工作介质为常温下的水。

微螺旋混合器的混合实验研究及数值模拟分析

随着微机电系统（ＭＳ的迅速发展，混合ＭＥ）微器中流动、合的研究也得到广泛重视和迅速发展．混
微混合器主要分主动式微混合器和被动式混合器 ¨ ．ｅ等的压力扰动型微混合器等属于ＪＹＫＬｅ
第２５卷第４期２００８年１２月
广东工业大学学报
ＪｕｎｌｏａｇｏｇＵｎｖｒｉｆＴｅｈｏｏｙｏｒａｆＧｕｎｄｎｉｅｓｔｏｃｎｌｇｙ
Ｖｏ．１２５Ｎｏ．４Ｄｅｅｂｒ２ｏ８ｃｍｅ０
基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７０４５５６１）
作者简介：李石栋（９３）男，１８一，硕士研究生，主要研究方向为流体流动、储能节能等
ｌ４
广
东
工业Biblioteka 大学学报
第２５卷
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８％Ｏ９％ｏｌＯＯ％
成一个直径５ｍ高０２ｍ的混合腔．３０黏合剂ｍ．ｍ３２具有很薄、明、性等特点，透水但最重要的是，是要它经过紫外线的照射才能保证黏合出比较好的模型．
这样就形成直径５ｍｍ高０２ｍ．ｍ的微混合器，高在度上的特征尺寸属于微流动的范畴．
从图５中可以看出灰度值随罗丹明Ｂ溶液质量
分数的增大而减小．
图２不同质量分数的罗丹明Ｂ溶液标样图像图５罗丹明Ｂ溶液质量分数与灰度关系图

错流接触T型微通道内两相流动数值模拟

流量比呈线性增长；滴落机制中，离散相长度与黏性比大小成反比．这些基本规律，为有效控制微通道内
离散相尺寸和微通道系统优化设计提供了一定的依据．关键词：Ｔ型微通道；数值模拟；相场方法；两相流
中图分类号：０３５７文献标志码：Ａ
第ｌ６卷第２期
２０１３年４月
西安文理学院学报：自然科学版
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓ＆Ｓｃｉｅｎｃｅ（ＮａｔＳｃｉＥｄ）
ｓｔｕｄｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ（ｂａｓｅｄｏｎｐｈａｓｅｉｆｅｌｄｍｅｔｈｏｄ）ａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇｔｈｅｔｗｏ
ＷＡＮＧＬｉｎ — ｌｉｎ，ＨＵＨｏｎｇ — ｐｉｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉｈｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｔｓａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉｈｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．ＮｅｎｇｄｏｎｇＣｏＨｅｇｅ，ＸｉｈｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｈｎ７１０４９０，Ｃｈｉｎａ）

二维T型微通道内液滴生成的数值模拟

Ｉ【１Ｐｆ１ｓ＿Ｉ）ｎａｌＴ＿ｊ【儿１‘‘ｔｉＯＩ１ｎｆｉｃｒｏｅｈａｎｎｅ１．Ｔｅｆｅ（’ｔｏｔ’ｅａｐｉｌｌａ￣ＹＢｕｌｎｂｅｌ’，ｆｌｏｗ—Ｉａｌｅｒａｔｉｏ，ａｎｄｖｉｓ（＿Ｉ）ｓｉｃｙｒａｔｉｏＯｉｌｔｈｅ（１ｒｏｐｌｅｔ
ｌｅｎｇｔｈａｌｔｄＳ１）ａ（’Ｐｗ｜Ｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉ，ｉｎ｜．ｅｓｕｌｔｓＷｅｒｆ－ｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍ￣『１１ｗｉｔｈＩｈｅｅｘｐｅｌ’ｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓＴｌ１ｒ．
度随毛细数增大而减小且存在幂率关系，随流量比的增大而线性增大，随粘性比增大而略微增大且无明显函数
关系；此外，液滴间距随毛细数增大而线性增大，随流量比增大而减小且存在幂率关系，随黏性比增大而略微增
维Ｔ型微通道内液滴生成的数值模拟
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韩雪兵。。杨帆。郭雪岩
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摘要：采用Ｆｌｕｅｎｔ中“流体体积 ”模型对二维Ｔ型微通道内液滴的生成进行了数值模拟，考察了连续相毛细数、流量比、黏性比对液滴尺寸和液滴间距的影响，与实验结果进行了对比，吻合较好计算结果表明，液滴长
．
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湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟______

第38卷第10期西南师范大学学报(自然科学版)2013年10月V o l.38N o.10J o u r n a l o f S o u t h w e s t C h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)O c t.2013文章编号:10005471(2013)10006207湿壁面条件下T型微通道内两相流数值模拟①王琳琳1,2,胡洪萍11.西安文理学院数学与计算机工程学院,西安710065;2.热流科学与工程教育部重点实验室,西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049摘要:采用相场法,数值模拟T型微通道内不可压缩两相流动.改变毛细数大小,在壁面和连续相完全浸润的条件下,得到离散相的两种形成机理:挤压机理和滴落机理,并发现挤压机理下离散相的形成对主通道内连续相流动影响较大,离散相形成前后,滴落机理下离散相底部壁面的黏性切应力比挤压机理下的大.对于不同的流量比,壁面和连续相浸润程度减弱,挤压机理下离散相长度增加,离散相前后端形状逐渐不对称,大流量比下会使离散相在主通道下游脱离,滴落机理下壁面湿度变化对离散相尺寸和形状影响微弱.这些基本规律,为有效控制微通道内离散相的尺寸和制造微通道设备材料的选择提供了依据.关键词:微通道;两相流动;接触角;毛细数中图分类号:T Q021.1文献标志码:A随着微电子系统(M E M S)概念的提出,M E M S中微通道内两相流动引起学者的广泛关注,通常微通道的宽度小于1mm,流速较小,通道内可忽略重力的作用,微重力条件下的流动和传热特性可通过微通道进行研究[1],并且微通道内两相流动还可应用到众多研究领域,例如:高通量筛选实验[2]㊁化学和材料合成㊁药品开发㊁生物鉴定㊁D N A分析[3]㊁微流体逻辑门[4]等.微通道系统的主体部分通常由同向流动的微通道㊁T型微通道㊁十字型微通道构成,其中T型微通道最早由T h o r s e n等人报道[5],是使用最广泛的微通道之一,在T型微通道的两入口分别注入离散相和连续相,当毛细数不太大时,通道内可规律的形成尺寸和间距一定的气泡或液滴,这种气泡流或液滴流能够加速通道内流体的流动㊁提高传质能力和换热率.离散相的形成主要受到连续相的挤压力㊁黏性力和表面张力作用,毛细数表示了黏性力相对表面张力的大小,改变毛细数,会产生不同类型的离散相,微通道内两相流动受到壁面约束,壁面和流体间的湿度也影响通道内的流动,因此改变毛细数和壁面湿度,得到不同机理下的流动,在有效控制离散相尺寸和优化设计微通道等方面具有重要意义.由于微通道宽度极小,用实验精确测量离散相的变形㊁长度㊁体积和通道内流场㊁压强的变化难度较大,研究成本较高.随着计算机运行速度的飞速提高,数值模拟已成为研究微通道内流动的另一种重要的研究手段,目前研究微通道内两相流动常用的数值方法有:标记粒子单元法(MA C)㊁流体体积函数法(V O F)㊁水平集法(L S M)㊁相场法(P F M)等.相场法是基于流体自由能量模型,借助对流C a h n-H i l l i a r d方程,通过化学势描述两相界面分离出不同的流场,在使用非结构网格时相场模型比其他方法更容易实施,相场法还能够模拟能量耗散的流动.本文采用相场法,结合质量守恒方程和N-S方程,模拟T型微通道内的两相流动,在壁面和连续相完全接润的条件下,通过改变毛细数大小㊁研究不同机理下离散相形成中通道内的流动特点和离散相形成前①收稿日期:20130427基金项目:国家自然科学基金资助项目(51076126);西安市科技计划项目(C X Y1134W L09).作者简介:王琳琳(1981),女,河南长垣人,博士研究生,讲师,主要从事微通道内两相流动的研究工作.后离散相底部壁面上黏性切应力的变化,并考察不同机理下壁面湿度对离散相尺寸和形状的影响.1 物理模型和控制方程图1 T 型微通道结构示意图1.1 物理模型文中研究的T 型微通道结构如图1所示,离散相从离散相通道进入,连续相从主通道左侧流入,两流体在宽度是D 的T 型通道拐角区域内混合,混合后从主通道右侧流出,其中离散相通道长度是3D ,主通道长度是32D ,D =111μm .1.2 控制方程及边界条件1.2.1 控制方程微通道中流速很小,雷诺数R e =ρc u c D μc ɤ1,说明通道内是黏性不可压缩层流流动,连续性方程和动量方程分别是▽㊃ңu =0(1)∂ңu ∂t +(ңu ㊃▽)ңu =▽㊃[-p ρI +μρ(▽ңu +(▽ңu )T )]+1ρF ңσ+ңg (2)其中ңu 是流体的速度,p 是压强,而流体密度ρ和黏性系数μ分别通过下面方程求出ρ=ρd 1-φ2+ρc 1+φ2(3)μ=μd 1-φ2+μc 1+φ2(4) 下标d 和c 分别表示离散相和连续相,离散相㊁连续相对应的相场变量φ分别是-1,1,两相界面就是相场变量从-1变化到1的区域.相场变量通过对流C a h n -H i l l i a r d 方程求得∂ϕ∂t +ңU ㊃▽ϕ=▽㊃γλε2▽ψ(5) 相场辅助变量ψ=-▽㊃ε2▽ϕ+(ϕ2-1)ϕ,λ是混合能量密度,γ是迁移率,通常设两相界面厚度ε=h c 2,γ=ε2,其中h c 是网格的特征尺寸.λ和表面张力系数σ满足σ=223λε(6) 表面张力F ңσ通过化学势G 求得,F ңσ=G ▽ϕ(7) 其中G =λ[-▽2ϕ+(ϕ2-1)ϕε2]=λε2ψ.经过验证,通道内设置三角形网格的网格数大于11000时,数值模拟结果和网格数无关,故计算中的网格数设置为32472个,并取时间步长是0.0001s .1.2.2 边界条件设离散相和连续相入口流速大小分别是u d 和u c ,方向垂直于通道入口边界;通道出口压强为0P a .两相流体和壁面接触会形成接触角θ,其变化范围为0~π,两相界面单位法向量和接触角满足关系ңn =n ңw c o s θ+t ңw s i n θ(8)式中t ңw ,n ңw 分别是壁面单位切向量和单位法向量.1.2.3 物性设置设置离散相的黏性系数是0.001P a ㊃s ,离散相和连续相的黏度比是0.125,表面张力系数是0.0728N /m.对本文研究的T 型微通道两相流动进行数值模拟发现,离散相和连续相的密度比变化不影响脱离的离散相大小,验证了微通道内可忽略重力的作用[6].设置离散相密度和连续相密度都是1k g/m 3.由布金56第10期王琳琳,等:湿壁面条件下T 型微通道内两相流数值模拟汉-π定理,微通道内离散相的尺寸受到毛细数和流量比的影响,其中毛细数C a =μc u c σ,流量比Q =Q d Q c=u d D u c D =u d u c表示连续相相对离散相的入口流量大小,Q d 和Q c 分别是离散相和连续相入口流量.流量比太大或太小,微通道内易出现平行流,难以形成脱离的离散相,文中取流量比分别为0.125,0.25和0.5.1.2.4 初始条件初始时刻离散相通道内充满离散相,主通道内充满连续相,两相流体都处于静止状态.2 离散相两种形成机理为研究通道内离散相的形成和通道内的流动,对流量比是0.5,毛细数分别是0.006和0.022,接触角是0ʎ的微通道内的两相流动进行模拟,得到脱离后形状稳定的离散相,如图2所示.毛细数是0.006,离散相前后端形状对称,其宽度几乎和主通道宽度相同,离散相和壁面之间仅有少量连续相,离散相的形成受图2 不同毛细数下微通道内形成的离散相到壁面的约束,离散相前端先靠近下壁面,再向主通道下游移动,离散相颈部形成,由于上游连续相的流动被离散相严重阻塞,使离散相后端受到连续相的挤压力增加[7],造成离散相在主通道拐角处断裂,离散相形成中主要受到连续相的挤压力和表面张力的作用,这种形成机理称为挤压机理[6];毛细数是0.022,离散相在通道拐角稍向主通道下游处脱落,脱离的离散相前后端不再对称,类似子弹形状,后端变钝,前端变尖,离散相尺寸减小,对主通道阻塞程度减弱,壁面对离散相的约束减弱,离散相上下表面的连续相层变厚,毛细数增大,说明相对于表面张力黏性力作用增强,形成中的离散相主要受到黏性力㊁连续相的挤压力和表面张力的作用,这种形成机理称为滴落机理[6].经计算发现,文中模型离散相的形成由挤压机理向滴落机理过渡的临界毛细数C a c 是0.012.许多学者采用P I V 测量法观察微通道内速度的分布[8-10].对于两种形成机理,数值模拟得到的微通道内离散相脱离前㊁后流场的变化,如图3所示.在挤压机理下,脱离前时刻,离散相颈部后端连续相的流动受到严重阻碍,连续相挤压离散相颈部,颈部变窄使其内部流体速度增大,并沿颈部表面流动,受到挤压的离散相颈部逐渐变细,在T 型通道拐角处离散相断裂,此时断裂点处形成两个反向的涡流,并垂直于离散相表面.滴落机理下,离散相脱离前,离散相下表面和主通道壁面距离稍增大,离散相后端连续相的流动受阻挡程度减弱,沿主通道下游方向流动,离散相最窄处周围的连续相流动方向和离散相主体部分表面垂直,离散相最窄的表面被挤向主通道上壁面,在T 型微通道拐角的下游离散相脱离,脱离后,连续相的流速增加,但没有涡流产生.图3 两种形成机理下,离散相脱离前㊁后微通道内流场的变化由图3可见,接触角为0ʎ,离散相和壁面间有一薄层连续相,使离散相底部受到黏性力的作用.黏性切应力计算式为τ=μc ∂u /∂y (9) 其中τ是黏性切应力,u 是连续相速度,y 轴垂直于主通道,∂u /∂y 是剪切率.A f k h a m i 等学者在狭窄的通道内放入一细长的离散相,对上下壁面施加相同的速度,数值模拟得到随着毛细数增加,离散相底部壁面上剪切率的变化规律[11].本文得到两种机理下,连续相和壁面完全浸润时,在离散相脱离前和其形状稳定后,离散相底部壁面的黏性切应力变化,如图4所示.在挤压机理下,下壁面的黏性切应力比滴落机理下66西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b jb .s w u .c n 第38卷的小.脱离前,越靠近离散相底部,壁面上的黏性切应力越大,在距离离散相底部最近的下壁面点处黏性切应力达到最大值,随着毛细数增加,最大值由210P a 增大到360P a .脱离后,离散相下的主通道壁面上黏性切应力变化剧烈,离散相的最前㊁后端对应的壁面点处,黏性切应力取得极大值,并且离散相后端最低点对应的壁面点处黏性切应力最小,离散相底部的壁面上黏性切应力出现波动,随着毛细数增加,黏性切应力最大值由150P a 增大到390P a ,离散相前端壁面黏性切应力逐渐比后端的大,两者之差增至100P a .由此可见,随着毛细数增加脱离前后离散相底部的黏性切应力都增加,而黏性力对离散相表面起到破坏作用,破坏力的增大使离散相更早脱离,造成离散相长度缩短.由于脱离的离散相移动速度比连续相大,黏性力阻碍离散相的移动,较大的黏性力使脱离的离散相前端表面发生更大的变形.图4 两种流动机理下离散相底部受到剪切应力的变化3 接触角对离散相的影响气体㊁液体和壁面接触后,会形成接触角,接触角的大小由两种流体和壁面及流体之间的吸引力而共同决定,Y o u n g 方程给出表面张力系数和接触角间的定量关系[12-13]σS ,G -σS ,L σG ,L =c o s θ(10) 式中σG ,L ,σS ,G ,σS ,L 分别表示气体和液体㊁气体和壁面㊁液体和壁面的表面张力系数,θ表示壁面和液体之间的接触角.将气体换成另一种液体,上式依然成立.接触角的大小反应了液体和壁面的浸润程度,接触角越小,液体和壁面的湿度越大,液体和壁面浸润程度越好,即亲水性越强,θ=0,液体和壁面完全浸76第10期王琳琳,等:湿壁面条件下T 型微通道内两相流数值模拟润;θ=π,液体和壁面完全不浸润.当液体分子和固体壁面的作用势增强,液体表面自由能提高,使其对壁面的附着力增加,造成壁面和液体的接触角减小,增强两者的亲水性,升高温度或增加液体和壁面的作用势都能提高液体和壁面的亲水性[14].接触角的大小影响微通道内离散相的脱离时间[14]和长度[15-16].为考察不同流量比下,两种形成机理中接触角对离散相长度的影响,取流量比分别为0.125,0.25,0.5,毛细数分别为0.006和0.036,得到离散相长度随接触角的变化,如图5所示.图中可见,固定流量比和接触角,毛细数越大,离散相长度越小,同一机理下,流量比越大,离散相越长,接触角在0~20ʎ之间,壁面和连续相超浸润,离散相长度基本不变,接触角大于20ʎ,壁面和连续相浸润,挤压机理下,离散相长度随接触角的增大而明显增大;滴落机理下,随接触角增大,离散相长度的变化很弱.离散相长度和其形成时间有关,滴落机理下离散相形成时间比挤压机理下的短,如图6所示,不同的流动机理下,接触角对离散相形成时间产生不同的影响.挤压机理下,壁面和连续相超浸润,离散相的形成时间几乎不受接触角影响,流量比增大离散相形成时间缩短;壁面和连续相浸润,离散相形成时间随接触角增长,除流量比是0.5㊁接触角是40ʎ外,固定接触角随流量比增加离散相形成时间缩短.滴落机理下,接触角几乎不影响离散相的形成时间,造成这一机理下的离散相长度和接触角大小几乎无关.图5流量比和毛细数对离散相长度的影响图6 接触角对离散相形成时间的影响图7 挤压机理作用大接触角下离散相的形成过程,其中接触角为40ʎ挤压机理下,接触角为40ʎ,流量比为0.5离散相的形成时间比流量比为0.25的长,产生这一现象的原因是离散相的脱离点向主通道下游移动,如图7所示.接触角为40ʎ,连续相和壁面的湿度变小,离散相对壁面的黏性附着力增强,使离散相附着在上壁面上,流量比小,离散相始终黏在上壁面直至脱离,随着流量比增大,同时刻挤入离散相的体积增大,在下壁面的约束作用下,促使体积增大的离散相底部和下壁面接触,这使得离散相和壁面的黏性附着力进一步增加,造成离散相不能在T 型通道拐角处脱离,其脱离点延伸至主通道内,延长了离散相的形成时间.离散相形状稳定后,其前后端表面的曲率半径几乎和流量比无关,仅与形成机理和接触角有关,如图8所示.挤压机理下,接触角增大,离散相前后端表面的曲率半径随之增大,壁面和连续相超浸润,前后端曲率半径大小接近,前后端曲率半径增长程度非常小,此时离散相的形状前后对称;当壁面和连续相浸润时,离散相后端曲率半径大于前端曲率半径,并且随着接触角的增大,离散相后端表面的曲率半径比其前端曲率半径增长程度大,说明此时离散相的形状不再对称.滴落机理下,离散相前后端曲率半径比挤压机理下离散相对应的曲率半径小或接近,并且几乎不受接触角影响,离散相后端曲率半径基本是54.8μm ,比主通道的半径55.5μm 稍小,离散相前端曲率半径比主通道半径小得多,平均长度是34.13μm ,说明滴落机理下,离散相呈前尖后平,其两端形状不随接触角变化而变化.86西南师范大学学报(自然科学版) h t t p ://x b b jb .s w u .c n 第38卷图8 不同流动机理下,离散相前㊁后端曲率半径的变化4 结论本文通过相场法,在壁面和连续相完全浸润的条件下,模拟两种机理下T 型微通道内的两相流动,得出滴落机理下离散相脱离对流场的影响较大,离散相脱离点周围形成对涡,滴落机理下离散相底部壁面黏性切应力比挤压机理下的大.不同的流量比下,壁面和连续相浸润时,随着连续相和通道壁面浸润程度的减弱,挤压机理下离散相长度和形成时间增加,脱离后的离散相前㊁后端形状逐渐不对称,并且在大流量比下,增大接触角会使离散相的脱离点移至主通道下游.滴落机理下连续相和通道壁面浸润程度对离散相长度㊁形成时间和离散相形状影响较弱.参考文献:[1]G A L B I A T IL 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S TMA N M,S T O N E H,e t a l.F o r m a t i o no fD r o p l e t s a n dB u b b l e s i n aM i c r o f l u i d i cT-J u n c t i o n-S c a l i n g a n d M e c h a n i s mo fB r e a k-u p[J].L a bo naC h i p,2006,6(3):437-446.[15]S HA Z I AB,J U L I A M,W I L L I AM Z.S i m u l a t i o n so f M i c r o f l u i d i cD r o p l e tF o r m a t i o n U s i n g t h eT w o-P h a s eL e v e lS e tM e t h o d[J].C h e m i c a l E n g i n e e r i n g S c i e n c e,2011,66(20):4733-4741.[16]S H IB,V I J A Y V.M o l e c u l a rD y n a m i c sS i m u l a t i o no f t h eC o n t a c tA n g l eo fL i q u i d so nS o l i dS u r f a c e s[J].J o u r n a l o fC h e m i c a l P h y s i c s,2009,130(3):1-5.[17]S A N GL,HO N G Y,WA N GF.I n v e s t i g a t i o no fV i s c o s i t y E f f e c t o nD r o p l e tF o r m a t i o n i nT-S h a p e d M i c r o c h a n n e l sb yN u m e r i c a l a n dA n a l y t i c a lM e t h o d s[J].M i c r o f l u i d i c s a n dN a n o f l u i d i c s,2009,6(5):621-635.O nN u m 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s a s t h e c o n t i n u o u s p h a s e a n ds o l i dw a l l h a v eb e e nc o m-p l e t e l y c o n t a c t e d.T h ec o n t i n u o u s p h a s e f l o wi s g r e a t i n f l u e n c e d i nt h es q u e e z i n g r e g i m ed u r i n g t h ed i s-p e r s e d p h a s e f o r m a t i o n,a n d t h e s h e a r s t r e s sb e n e a t ht h ed r o p l e t i nt h ed r i p p i n g r e g i m e i s l a r g e r t h a n i n t h e s q u e e z i n g r e g i m eb e f o r e a n d a f t e r t h e d r o p l e t d e t a c h m e n t.W i t hd i f f e r e n t f l o w-r a t e r a t i o s,t h ed r o p l e t l e n g t h i n c r e a s e s a n d t h ed r o p l e t s h a p e i sa s y mm e t r i cw i t hd e c r e a s i n g t h es u r f a c ew e t t a b i l i t y b e t w e e nt h e c o n t i n u o u s p h a s e a n dw a l l i n t h e s q u e e z i n g r e g i m e,a n d t h e d r o p l e t d e p a r t u r e p o s i t i o nm o v e s i n t h e d o w n-s t r e a mi n t h em a i n c h a n n e lw i t h i n c r e a s i n g f l o w-r a t e r a t i o s a n dd e c r e a s i n g t h e s u r f a c ew e t t a b i l i t y.T h e i n-f l u e n c e o f t h e s u r f a c ew e t t a b i l i t y o n t h e d r o p l e t s i z e a n d s h a p e i sw e a k i n t h e d r i p p i n g r e g i m e.T h e r e s u l t s p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r e f f e c t i v e c o n t r o l o f t h ed r o p l e t s i z e i n m i c r o-c h a n n e l sa n dt h em a t e r i a l s c h o i c e f o r t h em a n u f a c t u r i n g m i c r o-d e v i c e s.K e y w o r d s:m i c r o-c h a n n e l;t w o-p h a s e f l o w;c o n t a c t a n g l e;c a p i l l a r y n u m b e r责任编辑周仁惠。

T型微通道内两相流动数值模拟和流场论文

T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析摘要：借助相场方法数值模拟t型微通道内两相流动，通过改变毛细数大小，得到三种形成机理下的离散相。

随着毛细数增大，离散相形成过程对微通道内压强和速度的影响减弱。

abstract： the two-phase flow was simulated in a t-junction micro-channel by using the phase field method， and three type droplets were obtained with different capillary number. we found that the influence of droplet formation on pressure and velocity became weak as the capillary number increases.关键词：相场方法；数值模拟；微通道；毛细数key words： phase field method；numerical simulation；micro-channel；capillary number中图分类号：tq021.1 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2012）31-0180-020 引言微通道的尺寸非常小，其通道的宽度一般在之间，流量小[1]，借助微通道可以进行两相流体的混合、纳米粒子合成、蛋白质结晶等。

在化工方面，要求能够控制微通道内化学物质输运的时间和物质空间的分布[2，3]。

近年来，研究者对不同结构微通道内流动的控制产生了极大的兴趣，成为一个重要的研究方向[4]。

雷诺数是惯性力和黏性力之比，微通道内雷诺数小，两相流动受到黏性力的影响，在通道壁面约束下，表面张力和挤压力对离散相的形成起到重要作用。

微通道的制作工艺精度较高，监测通道内流动的设备需要极其微小，这些都使得采用实验研究微流动的难度和费用较大，而数值模拟能够克服这些缺点。

T 形管内气液相分离特性数值模拟

T 形管内气液相分离特性数值模拟王溢维;温家铭;洪祥议;邵游凯;刘晴雨;王盛山【摘要】Using CFD simulation tools , gas-liquid two-phase flow characteristics were studied through the T-shaped pipe . Water and air as analog media , computational fluid dynamics software PHOENICS was used for simulator to study the gas -liquid mixing different inlet flow rate, T-shaped pipe velocity and pressure and void fraction distribution characteristics .The simulation results of experiments were compared with the data obtained by Ottens .The results show that CFD simulation is more consistent with the T-shaped tube velocity characteristics obtained by the experimental research .%采用CFD模拟手段，对气液两相流流经T形管时流动特性进行了研究。

以水及空气作为模拟介质，采用计算流体力学软件PHOENICS 为模拟器，研究了不同入口气液混合流速下，T形管内速度、压力及含气率分布特性。

并将模拟后结果与Ottens所得数据进行对比，结果表明CFD模拟与实验研究所得到的T形管内速度特性较吻合。

【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P1-4,8)【关键词】T 形管;速度特性;压力分布;CFD模拟;气液相;分离【作者】王溢维;温家铭;洪祥议;邵游凯;刘晴雨;王盛山【作者单位】中国石油大学华东储运与建筑工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学华东储运与建筑工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学华东储运与建筑工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学华东储运与建筑工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学华东储运与建筑工程学院，山东青岛 266580;塔里木油田分公司开发事业部，新疆库尔勒 841000【正文语种】中文【中图分类】TE868在管网或管线设计中，常使用T形管结构实现分流。

T型微通道反应器内气液两相流及气液固多相流模拟研究

2019年第19卷第2期编辑俛桂才试验研究T型微通道反应器内气相流及气研究#孙冰(中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071 )摘要：I通道内流体流动及标量传递信息的获取一直是研究热点之一。

基于CFD模拟技术，研究了微通道中气液两相及气液固三相的流动过程。

开发了颗粒孔隙尺度网格处理方法，获得了微通道内气液两相流型随气液流速及气相入口尺寸的变化规律，初步分析了催化剂颗粒缝隙气泡的变形、破碎等情况，为微反应器的合理设计提供了指导。

关键词微通道两相流网格气泡0 前言微控制技术微米或纳的通道结构中，控制或纳升的液体进行并热的技术。

微应器的反应尺，比表面积大，，热，可以精确控制反应过件，在合成、生物检测领域的应用。

微应器（或微通道反应器，简称微反应器）中物料能够合、反应，应产生的热量能够被。

反应器，比表面积大，反应生成的自由基在与管壁的不断碰撞中被，火焰难以。

氢合发生了爆炸，由于物料量少，爆炸的能量少，对周围环员造成的损伤也较小，能够极大地降低危险工艺过程的风险。

因此，微反应技术安的新技术。

热或吸热多相应应器传热性能较高，用较细的反应管。

而管内的高又不能过小，一般为2~10mm[1]，管径与颗粒直径的比在4<W< 15较。

但在实验室件下会出现〜<4的[2—5]，此时壁面效应较，g床看作平推效果不 []。

近年来，人们开始利用CFD(Computational Fluid Dynamics)作取填充标量传递的 [7_1]，尤在数（f o<1000)以管比率(2<〜<8)下的递过程[1]。

的之一就应器收稿日期=2018-12-25作者简介孙冰，博士 /高级工程师，注册安全工程师，2014年毕业于美国加州理工学院化学专业，现在中国石化安全工程研究院从事本质安全化技术、反应器工程等方面工作。

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟黄乐平;张莹;孙金丛;周敏【摘要】运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响.研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15％以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】7页(P167-172,204)【关键词】毛细管;流型;Taylor流;接触角;气液柱【作者】黄乐平;张莹;孙金丛;周敏【作者单位】南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047【正文语种】中文【中图分类】TQ02近年来微型结构设备得以快速发展，已经逐渐成为当代化工研究和运用的一个热门课题，使得微型管中的两相流流动的特性研究逐渐成为一个焦点，尤其是毛细管中的气液两相Taylor流的研究[1-4]。

目前，对于毛细管内气液两相Taylor流的研究主要方法有数值模拟和实验研究2种，实验研究基本上都采用高速照相机进行可视化采集数据[5-6]，而数据模拟软件通常有CFX、Flow-3D和Fluent等，其中运用Fluent模拟得到的结果与实验结果比较接近[7]。

Sur等[8]通过实验研究了垂直毛细管内两相流动力学特性，发现了毛细管的几何形状、水力直径和流体介质的种类对气泡上升速度影响很小。

不同转速下搅拌器混合效果数值模拟

的高径比例，一般工况下取值为ｌ～１．３。最高可达到
６Ｅ有。
１一搅拌罐；２一马达机架；３－搅拌轴
４一上浆叶；５一下桨叶图１搅拌器结构示意图
（２）搅拌器桨叶与罐底之间的距离。通过探究这
两者之问的距离讨论其对搅拌器内流场规律的影响，根据不同的工作情况，分析探究不同的间距可以优选出缩短搅拌时间，同时还可以提高混浆效率。通过查阅文献．针对不同的工况条件，曲面罐底和Ｖ型罐底，它们之间最小的距离为为《）．１６７Ｄ和（｝．２５Ｄ。搅拌器内影响水泥浆混合效果的因素有很多，主要有：① 搅拌器内流场的流动规律； ② 桨叶的叶型、以及安装位置以及搅拌轴的转速；③ 固相水泥颗粒的直径的大小、形状； ④ 液相的密度与粘度；⑤ 固体颗粒所占的体积分数。通过分析搅拌罐内流体流动规律，主要探究转速对搅拌罐内水泥浆混合效率的影响，从而来提高搅拌罐的混紫性能。
３６南ＩＩ：
２０１７年・第１０期
搅拌罐内液一固两相混合搅拌是为了使固相颗粒能够离开底部比较均匀的悬浮于流
场内部，从而促进液相与固相之间的接触，最终达到均匀混合的目的。通过对罐内流场进行建模后，把流场网格模型导／￣ＦＬＵＥＮＴ软件中进行数值模拟仿真，探究流场内流体的运动规律与混合情况，针对转速对搅拌罐内混合效果的影响进行数值计算，最终

二维T型微通道内液滴生成的数值模拟

二维T型微通道内液滴生成的数值模拟韩雪兵;杨帆;郭雪岩【摘要】采用Fluent中"流体体积"模型对二维T型微通道内液滴的生成进行了数值模拟,考察了连续相毛细数、流量比、黏性比对液滴尺寸和液滴间距的影响,与实验结果进行了对比,吻合较好.计算结果表明,液滴长度随毛细数增大而减小且存在幂率关系,随流量比的增大而线性增大,随黏性比增大而略微增大且无明显函数关系;此外,液滴间距随毛细数增大而线性增大,随流量比增大而减小且存在幂率关系,随黏性比增大而略微增大且无明显函数关系.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】7页(P14-19,24)【关键词】T型微通道;VOF模型;毛细数;数值模拟【作者】韩雪兵;杨帆;郭雪岩【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海200093【正文语种】中文【中图分类】O3590 引言20世纪80年代，微电子机械系统(micro electro mechanical systems, MEMS)[1]的提出使得特征尺寸在亚微米至亚毫米量级的MEMS内微通道两相流引起了学者的广泛关注。

相比于常规尺度反应器，微流控设备或微反应器的优点在于反应界面表面积总和更大，这使得发生在界面上的物质交换更为频繁，进而加速了相邻两液滴间及液滴内的轴向循环，提高了反应速率，达到了节约能源、安全反应等诸多目的。

随着微流控的不断发展，微流控技术[2]及微流控器件[3]也逐步发展为多学科交叉研究领域。

与传统方法相比，微流控技术能够实现对微量多相流体的精准操控，可应用于化学分析[4]、先进材料合成[5]、蛋白质结晶[6]、DNA分析[7]、制药及生物鉴定[8]、单细胞培育及检测[9]、信息处理[10]等诸多领域。

T型微通道内气液两相流数值模拟

T型微通道内气液两相流数值模拟王琳琳;李国君;田辉;叶阳辉【摘要】采用相场方法,在湿壁面条件下对T型微通道内不可压缩气液两相流动进行了模拟研究.数值模拟中得到微通道内特有气泡——Taylor气泡形成的过程,发现其形成共经历了4个阶段,气泡在形成过程中主要受到挤压力、表面张力、黏性力的作用,分析各阶段这3种力对气泡的作用,得到Taylor气泡形成机理.计算结果表明,挤压力和表面张力在气泡整个形成过程都起作用,表面张力在气泡脱离前达到最小值,黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用并在阻塞阶段取得最大值.这些基本规律为有效控制微通道内气泡尺寸和微通道系统设计提供了一定的依据.%The numerical simulation was performed to investigate the incompressible gas-liquid two-phase flow in a T-junction micro-channel with wetted walls using a phase field method. The formation process including four stages of a well defined Taylor bubble was achieved. The Taylor bubble is exerted by three forces in formation process, I. e. , extrusion force, surface tension force and shear stress force of the continuous phase, and the formation mechanism of the Taylor bubble was obtained. The numerical results show that both the extrusion force and the surface tension force act in the formation process of the Taylor bubble, and the surface tension force reaches a minimum value before detachment The shear stress force acts only in the preceding two stages of the formation process, and it has a maximum value in the blocking stage【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2011(045)009【总页数】5页(P65-69)【关键词】微通道;两相流;数值模拟;相场法;气泡【作者】王琳琳;李国君;田辉;叶阳辉【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TQ021.120世纪 80年代,随着微电子机械系统(M EM S)的提出,MEMS内微通道两相流引起了学者的广泛关注.微通道的特征尺度一般小于1mm,管道内的流动几乎可忽略重力作用,因此微通道内的流动性质和传热特性可“等价于”微重力条件下的情况[1].另外,微型气泡或液滴混合[2]、纳米级粒子的合成[3]、蛋白质结晶[4]、生物鉴定[5]和 DNA 分析[6]等都属于微通道两相流动,使微通道内两相流动问题成为研究的热点.常见的两相混合微通道分为T型、Y型和十字型等,其中T型微通道使用率较高.在T型微通道的两个入口处分别注入气体和液体,当毛细数C a小于10-2时,可规律地产生大小和间距一致且不聚合的Taylor气泡[7],这种气泡流能够降低气泡的轴向混合,加速液柱的循环流动,提高换热和传质能力,减少物质损失[8].Tay lor气泡在形成过程中会受到通道形状、大小的限制,它是微通道内特有的气泡类型,与常规尺度通道内气泡运动相比,微通道内Tay lor气泡在形成过程中阻碍液相流动,使液相压强增大,液相中持续增加的压强是趋使气泡在颈部断裂的主要原因,同时Tay lor气泡还受表面张力、黏性力的影响,这些都使微通道内流动复杂性增加.Taylor气泡的长度影响换热率,许多应用领域要求精确控制微通道内气泡的长度、体积和产生率.因此,研究Tay lor气泡的形成机理,阐明影响因素,对有效控制气泡尺寸等方面具有重要意义.由于微通道尺度极小,通过实验精确观察或测量气泡的变形、脱离,以及气泡脱离后的长度、体积和通道内流场与压强分布难度大[7].随着计算机技术的迅速提高,采用数值模拟研究微通道内的流动成为主要手段,并取得了较大的进展.目前,研究两相流界面运动常用的数值方法有水平集法(LSM)、流体体积函数法(VOF)、标记粒子单元法(MAC)、相场法(PFM)等,这些方法为深入研究微通道内两相流动提供了有效和便利的途径.基于流体自由能量模型的相场方法借助Cahn-Hilliard方程,利用化学势描述两相界面,以分离两种不同的流场,在相场模型中采用标准对流技巧,使得它在使用非结构化网格或有限元技巧模拟中相比其他方法更容易实施,并能够模拟能量耗散流动[9].本文采用相场方法,借助质量守恒方程、N-S方程和Cahn-Hilliard方程,对T型微通道内密度比接近1∶1 000的气水两相流动进行数值模拟,得到Taylor气泡的形成过程,通过分析 Tay lor气泡产生过程中的受力情况和通道内压强分布,总结出微通道内流动特性和气泡产生机理,为微通道气液两相流系统的设计和气泡尺寸控制提供参考.1 物理模型及数值方程1.1 物理模型本文以 T型微通道作为物理模型,如图1所示.气体通道延伸进水平通道的部分称为气液混合区.空气和水分别从管道的上部和左侧进入,在混合区混合,从出口流出,通道直径D为111μm,空气通道长3D,水通道长6D,主管道长28D,混合区宽度为111μm.水和空气的物理性质见表1.图1 T型微通道示意图表1 水和空气的物理性质流体密度/kg·m-3黏性系数/Pa·s表面张力系数/N·m-1水 998 0.001 2空气 1.2 0.000 018 0.072 81.2 控制方程和边界条件1.2.1 控制方程由于水和空气的入口速度不高,Re小,故认为微通道内流动为不可压缩黏性层流流动.连续方程和动量方程分别为式中:U是速度向量;p是压强;密度ρ和动力黏性系数μ由以下方程得到其中下标1、2分别表示空气和水.流体体积分数V1为归一化的相场变量,在-1到1之间变化.空气、水对应的φ分别是-1,1,因此气液界面就是φ从-1变化到 1的区域.φ通过Cahn-Hilliard方程求解式中:相场辅助变量ψ =-▽·ε2▽φ+(φ2-1)φ;γ是迁移率;λ是混合能量密度;ε是两相界面厚度,通常设ε=h2c,γ=ε2,h c为网格的特征尺寸. λ满足以下方程式中:σ是表面张力系数.表面张力Fσ通过以下方程求得式中是化学势.本文工作针对二维微通道两相流进行,计算中采用三角形网格.经验证,当网格数大于11 000时,计算结果与网格数无关,故计算网格数取32 472,时间步长取0.000 2 s.1.2.2 边界条件空气和水的入口速度分别为0.04、0.042m/s,方向垂直于入口边界;出口压强为0 Pa;水和壁面接触会浸润壁面,在气液固交界处形成接触角θ,其变化范围为0～π,θ=0表示壁面与水完全浸润,θ=π表示壁面与水完全不浸润.气液界面单位法向量式中:n w、t w分别是壁面单位法向量和单位切向量.计算中取接触角为36°.1.2.3 初始条件设初始时刻的气体通道内充满空气,整个水平通道内充满水,且微通道内流体都处于静止状态.2 数值结果与机理分析2.1 气泡形成过程气相在气液混合区拐角处断裂,形成的气泡称为Taylor气泡.T型微通道通常分为对流接触通道和错流接触通道两类.对于对流接触的T型微通道,文献[10]将其内 Tay lor气泡的形成分为3个阶段.本文模拟错流接触的T型微通道,图2给出此通道内Taylor气泡的形成过程.通过分析可见,Tay lor气泡在通道内的形成可归纳成4个阶段:(1)气泡进入气液混合区阶段(t=0～0.002 s),随着进气量增加,气泡前端进入气液混合区;(2)阻塞阶段(t=0.002 2～0.004 s),继续增大的气泡几乎阻塞气液混合区,只有少量水从气泡底部流过;(3)塌陷阶段(t=0.004 2～0.008 s),气泡底部和壁面接触,气泡主体部分向主通道下游运动,气泡后端的部分流体向气体通道内运动,气泡被逐渐拉长,在气泡后端出现颈部,随着气泡向下游运动,颈部变细;(4)脱离阶段(t=0.008 2 s),气泡在颈部处断裂,此刻一部分气体收缩回气体通道,另一部分气体收缩回主通道,在主通道内形成两端呈圆形的Taylor气泡.图2 微通道内气泡形成过程2.2 气泡表面作用力的变化特性及机理分析Tay lor气泡在形成过程中主要受到3种力:液体的挤压力、黏性力、表面张力[11],其中挤压力和黏性力对气泡表面起破坏作用,而表面张力起维持作用.2.2.1 压力变化特性及机理分析水的挤压力对T型微通道中Tay lor气泡的形成起到非常重要的作用.下面分析水对气泡作用力的变化规律,水平通道中轴线上的压强分布如图3所示.图3 气泡形成过程中水平通道中轴线上的压强分布由图3可见:在气泡形成的第1阶段,水和气泡内压强逐渐增大,水中压强从 300 Pa 增大到500 Pa,气泡内压强从400 Pa增大到1.55 kPa;在阻塞阶段,水中压强加速增大到1 kPa,气泡内压强出现最大值,约为1.68 kPa,比第1阶段小幅增长,压强最大的区域变宽,说明气泡沿水平通道向下游增长;在塌陷阶段,水中压强较第2阶段继续增大到1.4 kPa左右,气泡内压强开始减小,最终下降到1.43 kPa,这一阶段内气液压强变化小,气液界面附近压差减小,气泡后端开始向下游移动,并且气泡沿水平通道继续向下游增长;在脱离阶段,气泡从颈部脱离,气泡内压强保持脱离前大小,与塌陷阶段相同,水中压强回落至接近第1阶段大小,气泡后端较其前端压强偏高,气泡内外压差约为1.08 kPa.气泡脱离前,液体通道内压强达到最大值,气泡后端内外压差达到最小值.水平通道中轴线上压强变化的原因是:随着气泡前端进入气液混合区,气泡开始阻挡水的流动,水中压强增大,在表面张力作用下,使气泡内外存在压差,出现压强跳跃区;随气泡体积继续增大,气泡对水的流动阻挡作用增强,使水中压强迅速增大;最终增大的压强能够推动气泡主体部分向主通道下游运动,小部分向气体通道内运动,在气泡后端形成颈部,气泡后端表面的曲率半径增大,这样增大了气泡的表面自由能,但消耗了气泡内的压能,使气泡内压强降低,随着气泡向下游运动,缓解了气泡对水的阻塞作用,使水中压强增长缓慢,气泡颈部在水的挤压下变细;最后,气泡在颈部断裂,并在表面张力作用下两端收缩为圆形,气泡内压强保持脱离前的大小,此时水不再受气泡的阻塞,水中压强骤降,回落至初始时刻大小.为考察气泡在产生过程中气体和液体通道内压强的变化情况,在这两通道内分别取线段A-A、B-B(两线段与T型交汇位置的距离均为D,见图1),这两条线段上的压强变化如图4所示.对比图4a、4b中气液通道内的压强变化,可见气体通道内的压强在1.44～1.67 kPa之间变动,压强波动幅度小,与文献[12]中的结论相同.观察图2,气泡始终向水中凸出,即曲率半径 r ＜0,由Young-Lap lace方程Δ P=P g-P l=-σ知,气体r通道内的压强始终高于液体通道内的压强,这与图4中的计算结果一致,克服了气体通道内压强忽高忽低与液体通道内压强的不足.液体通道内压强波动幅度大,与文献[10]结论一致,约为1.2 kPa.2.2.2 气泡表面黏性力作用特性及分析黏性剪切应力与速度梯度成正比,对气泡表面变形起重要作用.气泡在形成过程中的速度分布如图5所示,可看到在气泡形成的第1、2阶段,气泡顶部水的速度方向与壁面平行,由于流道变窄,水的速度增大;在塌陷阶段以后,气泡表面和壁面接触,气泡后端水的速度方向与气泡表面垂直.根据黏性剪切应力与速度梯度之间的关系,后两阶段切应力可忽略,因此气泡表面切应力持续时间约占气泡形成总时间的37.5%.图4 气液通道内的压强变化图5 气泡形成过程中的速度分布为比较前两阶段气泡表面所受切应力的大小,图6给出该两阶段气泡表面到下壁面的速度分布.由此图可知,速度梯度随时间的延长而增大,对应的切应力由5.23 Pa增大到17.8 Pa,最大值在阻塞阶段取得.图6 气泡顶部液体速度分布利用文献[11]中的切应力估算公式τ=μu gap/ε0(其中u gap=Q w/ε0,ε0是气泡表面到壁面的距离,Q w是水的入口流量),可估算得到前两阶段气泡附近剪切应力从1.25 Pa增大到了28.89 Pa.比较前面的计算结果,发现利用切应力估算式得到的数据量级与模拟计算得到的数据量级相同,这说明数值计算结果是合理的.2.2.3 表面张力作用特性及分析表面张力对气泡表面起维持作用,观察图2可知,气泡后端曲率半径逐渐增大,根据Young-Laplace方程知气泡后端内外压差随时间的延长而减小.利用气泡表面的曲率半径,可估算出气泡受到的表面张力.气泡形成的前两阶段,气泡曲率半径接近气体通道的半径,表面张力约为1 324 Pa;在塌陷阶段,气泡后端出现颈部,其后端曲率半径继续增大,脱离前达到最大值,此刻后端所受表面张力最小.3 结论本文采用相场方法,对T型微通道中特有的气泡——Tay lor气泡在水中的形成过程进行数值模拟,得到气泡形成中经历的4个阶段.通过分析对气泡表面起主要作用的挤压力、表面张力和黏性力,发现微通道内流体挤压力和表面张力在气泡形成的整个过程都起作用,水对气泡的挤压力随时间的延长而增大,在气泡脱离前达到最大值;气泡后端所受表面张力随时间递减,塌陷阶段达到最小值;黏性力仅在气泡形成前两阶段起作用,较前两种力小2～3个量级,在气泡形成后两阶段可忽略不计,水的流动受到扩张气泡阻碍,产生逐渐增大的挤压力是使得气泡从颈部脱离的主要原因.本文工作为设计微通道系统和控制微通道内气泡尺寸提供了新的依据.参考文献:【相关文献】[1] GALBIATIL,ANDREIN IP.Flow pattern transition for horizontal air-water flow in capillary tubes:a m icrogravity equivalent system simulation[J].International Communications in Heat and Mass Transfer,1994,21(4):461-468.[2] TICE D,SONG H,LYON D,et al.Formation of drop lets and m ixing in mu 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放电反应器内气液两相流混合过程的数值模拟

放电反应器内气液两相流混合过程的数值模拟朱丽楠;郜冶;贺征;王永军【摘要】为了研究放电水处理技术中气液两相流的混合状况,对放电反应器内气液两相流混合过程进行了数值模拟,得到最佳气液两相混合条件.通过建立混合模型,在水流速度一定的条件下,在不同的气体流速和不同的出气孔个数的条件下进行了数值模拟计算,得到了不同工况下的YZ中心截面速度分布图,YZ中心截面水体积分数分布图,XY中心截面速度矢量分布图和XY中心截面水体积分数分布图.从总体上看,由于水流量相同,气流总流量和气孔数目决定着气流入口速度.在孔数较少的情况下,气流总流量较小时,掺混较为均匀；随着孔数的增加,气流量也需相应增加才能达到最佳的掺混效果.%The numerical simulation of the mixed state of a two-phase flow in an electric field was carried out. The hybrid model was established and the numerical simulation of different gas flow rates and different numbers of the holes was calculated with a certain water flow rate. The results included the velocity and the water volume fraction distribution of the YZ center section, the velocity vector distribution of the XY center section, and the water volume fraction distribution of the XY center section. In general, due to the same water flow, the total number of the air flow and holes determined the air inlet velocity. In the case of fewer holes, the total air flow was small and the mixture was more uniform. With the increase in the number of holes, the best mixture of the gas flow rate increased.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)011【总页数】8页(P1452-1459)【关键词】放电反应器;气液两相流;数值模拟;FLUENT软件【作者】朱丽楠;郜冶;贺征;王永军【作者单位】哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】X703随着计算机的迅速发展以及实验测试手段的不断提高，用数值模拟的方法研究两相流动问题显得越来越显得重要和方便.其中由于气液两相流具有可变形的界面和可压缩的气相的特性是一种极其复杂的两相流［1］.近几年已有人将双流体模型应用在污水处理领域［1-5］.研究的较多的是在曝气池中，曝气是关键的环节，目的是使得曝气池中溶解氧、有机物及活性污泥中的微生物充分混合接触，从而加速污染物的降解过程，提高污水处理效率.Karama等［3］利用PHONICS软件模拟了不同结构参数下曝气池的运行工况，分析了曝气池中低溶解氧区域的分布和变化，并与试验数据进行了对比，提出了优化设计的方案.Cockx等［4］则用ASTRID软件，对两相流生化反应器的设计和运行进行了模拟优化，并在给定始界面质量传递条件下，精确地预测了气提循环式反应器和活性污泥反应器中溶解氧浓度.张小可等［6］也利用FLUENT提供的两相流模型，进行了海水脱硫曝气流场和气相浓度场的二维模拟，得到了曝气池设计的相关参数等.前期研究结果得出，在高压脉冲电场中的气体的通入对于反应过程具有较好的效果.在高压脉冲放电反应器中，同时存在的气液两相流，在不同的反应条件下，两相流的混合效果也会有所不同.两相的掺混效果对于放电过程也具有一定的影响，因此对于放电反应器内的气液两相流混合过程中涉及到得流体力学问题进行详细的分析，对该法的实际应用具有重要的意义.为了进一步的优化反应条件，研究气液两相混合状态对于反应效果的影响，本文对于放电反应器内的气液两相流混合状况进行数值模拟.1 气液两相流混合模型的建立计算中采用混合模型，其基本假设为:1)混合模型允许相之间互相贯穿.所以对一个控制容积的两相体积分数可以是0～1的任意值，取决于各相所占有的空间.2)混合模型使用了滑流速度的概念，允许相以不同的速度运动.(相也可以假定以相同的速度运动，混合模型就简化为均匀多相流模型).混合模型求解混合相的连续性方程、动量方程、能量方程，第2相的体积分数方程，还有相对速度的代数表达方程(如果相以不同的速度运动).具体方程如下所示［7-10］.1.1 连续方程混合模型的连续方程为式中:vm是质量平均速度，ρm是混合密度，αk是第k相的体积分数描述了由于气穴或用户定义的质量源的质量传递.1.2 动量方程混合模型的动量方程可以通过对所有相各自的动量方程求和来获得.它可表示为式中:n是相数;F是体积力;μm是混合粘性，μm=是第 2 相 k 的飘移速度，vdr，k=vk-vm.1.3 能量方程混合模型的能量方程采用如下形式:式中:keff是有效热传导率(k+kt，这里kt是紊流热传导率，根据使用的紊流模型定义)，式(1)右边的第1项代表了由于传导造成的能量传递.SE包含了所有的体积热源.在式(1)中1.4 相对(滑流)速度和漂移速度相对速度(也指滑流速度)被定义为第2相(p)的速度相对于主相(q)的速度:漂移速度和相对速度(vqp)通过以下表达式联系:这里使用了代数滑移公式.代数滑移混合模型的基本假设是规定相对速度的代数关系，相之间的局部平衡应在短的空间长度标尺上达到，相对速度的形式为式中:a是第2相粒子的加速度，τqp是粒子的弛豫时间.根据τqp的形式为式中:dp是第2相颗粒(或液滴或气泡)的直径，曳力函数fdrag:加速度a的形式为:最简单的代数滑移公式是所谓的漂移流量模型，其中粒子的加速度由重力或离心力给出粒子的弛豫时间考虑其他粒子的存在而被修正.1.5 第2相的体积分数方程从第2相p的连续方程，可以得到第2相p的体积分数方程为计算中采用k-ε标准湍流模型，采用SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)方法，即解压力耦合方程的半隐式法进行计算.其核心是利用连续方程和动量方程构造了一个近似的压力修正方程来计算压力场并校正速度.1.6 物理模型图1是反应器的物理模型，模型中显示了水流入口，气流入口和出口位置.具体反应器参数为反应器的尺寸为10 cm×2 cm×20 cm.水从反应器底部中间位置进入，从反应器侧壁距离顶部1 cm处.出水管和进水管管直径均为1 cm，空气通过曝气管进入，曝气管为长方体结构，尺寸为9.5 cm×1.6 cm×1.6 cm，曝气管距离左侧器壁0.5 cm，距离反应器底部1 cm.采用四面体网格，网格数约为12万.图1 反应器物理模型Fig.1 Physical model of the reactor计算中考虑的参数如下:水流速为200 mL/min保持不变，气体流速分别为800mL/min、1 000 mL/min和2 000 mL/min.曝气管有4种开孔进气方式，设为4种工况，分别为:工况1:开孔数1个，直径2 mm，中心距离右侧壁5 cm;工况2:开孔数3个，距离为2.5 cm，中间孔中心距离右侧壁5 cm;工况3:开孔数5个，距离为2.2 cm，中间孔中心距离右侧壁5 cm;工况4:开孔数7个，距离为1.5 cm，中间孔中心距离右侧壁5 cm.2 气液两相流混合过程数值模拟结果通过建立混合模型，在水流速度一定的条件下，对于不同的气体流速和不同的出气孔的个数进行了数值模拟计算，得到了不同工况下的YZ中心截面速度分布图，YZ 中心截面水体积分数分布图，XY中心截面速度矢量分布图和XY中心截面水体积分数分布图，具体计算结果如图2～5所示.2.1 工况(1)的计算结果速度矢量分布图是表示速度的方向，以及涡团的位置和强度.结合上述计算结果可知从水体积分数来看，在开1个孔的条件下，气体流量为800 mL/min的情况下，气液两相混合情况较好.图2 工况1YZ中心截面速度分布Fig.2 Velocity distribution of YZ center section 1图3 工况1YZ中心截面水体积分数分布Fig.3 Water volume fraction of YZ center section 1图4 工况1XY中心截面速度矢量分布Fig.4 Velocity vector distribution of XY center section 1图5 工况1XY中心截面水体积分数分布Fig.5 Water volume fraction of XY center section 12.2 工况2的计算结果结合上述计算结果可知从水体积分数来看，在开3个孔，且孔间距为 2.5 cm，气体流量为1000 mL/min的情况下，气液两相混合情况较好.图6 工况2YZ中心截面速度分布Fig.6 Velocity distribution of YZ center section 2图7 工况2YZ中心截面水体积分数分布Fig.7 Water volume fraction of YZ center section 2图8 工况2XY中心截面速度矢量分布Fig.8 Velocity vector distributionof XYcenter section 2图9 工况2XY中心截面水体积分数分布Fig.9 Water volume fraction of XY center section 22.3 工况(3)的计算结果结合上述计算结果可知开5个孔，且孔间距为2.2 cm情况下，从水体积分数来看，气体流量1 000 mL/min的情况下，气液混合仍然较好.图10 工况3 YZ中心截面速度分布Fig.10 Velocity distribution of YZ center section 3图11 工况3 YZ中心截面水体积分数分布Fig.11 Water volume fraction of YZ center section 3图12 工况3 XY中心截面速度矢量分布Fig.12 Velocity vector distribution of XY center section 3图13 工况3 XY中心截面水体积分数分布Fig.13 Water volume fraction of XY center section 32.4 工况4的计算结果结合上述计算结果可知开7个孔，孔间距为1.5 cm的情况下，从水体积分数来看，气体流量2 000 mL/min的情况下，混合效果较好.综合以上计算结果可知，从总体上看，由于水流量相同，气流总流量和气孔数目决定着气流入口速度.在孔数较少的情况下，气流总流量较小时，掺混较为均匀;随着孔数的增加，最佳掺混的气流量也在增加.在之前的研究结果得到在所采用的放电反应器中，由于气泡的通入，放电电极之间会有臭氧生成.如果气液两相掺混效果较好，那么放电产生的臭氧也会与待处理溶液具有较好的混合效果，更加有利于放电产生的臭氧与其他活性物种对于水中污染物的去除.图14 工况4 YZ中心截面速度分布Fig.14 Velocity distribution of YZ center section 4图15 工况4 YZ中心截面水体积分数分布Fig.15 Water volume fraction of YZ center section 4图16 工况4 XY中心截面速度矢量分布Fig.16 Velocity vector distribution of XY center section 4图17 工况4 XY中心截面水体积分数分布Fig.17 Water volume fraction of XY center section 43 结束语对于高压脉冲放电水处理技术中放电反应器内的气液两相流混合状况进行数值模拟.计算中采用标准湍流模型，采用SIMPLE方法，即解压力耦合方程的半隐式法进行计算.通过建立混合模型，研究了4种工况.在水流速度一定的条件下，对于不同的气体流速和不同的出气孔的个数进行了数值模拟计算，得到了不同工况下的YZ 中心截面速度分布图，YZ中心截面水体积分数分布图，XY中心截面速度矢量分布图和XY中心截面水体积分数分布图.从计算结果可得，在开1个孔的条件下，气体流量为800 mL/min的情况下，气液两相混合情况较好.在开3个孔，且孔间距为 2.5 cm，气体流量为1 000 mL/min的情况下，气液两相混合情况较好.开五个孔，且孔间距为2.2 cm情况下，从水体积分数来看，气体流量1 000 mL/min的情况下，气液混合仍然较好.开7个孔，孔间距为1.5 cm的情况下，从水体积分数来看，气体流量2 000 mL/min的情况下，混合效果较好.参考文献:【相关文献】［1］程文，宋策，周孝德.曝气池中气液两相流的数值模拟与实验研究［J］.水利学报，2001(12):32-35.CHENG Wen，SONG Ce，ZHOU Xiaode.Experimental study and numerical model of gas-liquid two-phase flow in aeration tank［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2001(12):32-35.［2］陈光，周靖.不同孔眼数量下曝气池中气液两相流数值模拟［J］.水资源与水工程学报，2009，20(6):66-70.CHEN Guang，ZHOU Jing.Numerical simulation of gas/liquid two-phase flow in aeration tank with different aerator numbers［J］.Journal of Water Resources and Water Engineering，2009，20(6):66-70.［3］KARAMA A B，ONYEJEKWE O O，BROUCKAERT C J，et e of computationalfluid dynamics(CFD)technique for evaluating the efficiency of an activated sludge reactor ［J］.Water Sci Technol，1999，39(10/11):329-332.［4］COCKX A，DO-QUANG Z，AUDIC J M，et al.Global and local mass transfer coefficients in waste water treatment process by computational fluid dynamics［J］.Chem Eng and Pro，2001，40(2):187-194.［5］罗玮，周玮，程文，等.曝气池中气液两相流数值模拟［J］.水资源与水工程学报，2007，18(2):69-71.LUO Wei，ZHOU Wei，CHENG Wen，et al.Numerical simulation of gas-liquid two-phase flow in aeration basin［J］.Journal of Water Resources and Water Engineering，2007，18(2):69-71.［6］张小可，姚彤.海水脱硫曝气池流场的CFD分析［J］.动力工程，2004，24(2):276-279. ZHANG Xiaoke，YAO Tong.CFD analysis on seawater treatment plant for flue gas desulphurization(FGD)［J］.Power Engineering，2004，24(2):276-279.［7］余常昭.环境流体力学导论［M］.北京:清华大学出版社，1992:10-18.［8］刘顺隆，郑群.计算流体力学［M］.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，1998:1-10.［9］王福军.计算流体动力学分析［M］.北京:清华大学出版社，2004:7-10.［10］韩占忠，王敬，兰小平.Fluent流体工程仿真计算实例与应用［M］.北京:北京理工大学出版社，2004:1-4.。

T型管内两相流数值模拟探析

Science and Technology&Innovation┃科技与创新2022年第01期文章编号：2095－6835（2022）01－0027－03T型管内两相流数值模拟探析门嘉铖（西安石油大学，陕西西安710000）摘要：随着能源危机的出现，油田开发、勘探、开采工作正在向着较为复杂的领域深入发展。

近几年，一方面，加大了对油田勘探理论的研究，提高了开采技术的研发设计水平；另一方面，由于大部分油田开采工作已经进入到中期阶段以及后期阶段，多年注水开采的累积，使新采油气含水率正在逐渐增加，为了有效化解此类问题，油田企业应用了T型集输管路方案。

以此为出发点，选取T型管内两相流数值模拟探析作为研究题目，概述了T型管应用中存在的问题，并以此为基础，分别从建立模型、网格划分模拟设置、结果讨论方面，对T型管内两相流数值模拟情况进行了具体分析。

关键词：油田开发；T型管；两相流；数值模拟中图分类号：TE862文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.01.009现阶段，通过对T型管的应用经验总结与研究结果分析，发现不同的结构能够产生差异化的局部损失：一方面，会增加运输费用；另一方面，会对油气产生一定的浪费。

以大庆油田为例，在油田油水混输过程中，其中的含水量已经大于80%[1]。

不仅提高了油田开采成本，也不利于节能目标的实现。

当前，在T型管内油水两相流数值模拟方面的工作开展相对较好，已经积累了一些数据，有利于为后续的管路结构优化提供参考依据。

另外，在两相流动数值模拟过程中，模拟软件的使用，也提高了数值模型的精准性与模拟的高效性。

因此，总体上的研究成果较大。

具体分析如下。

1两相流理论与实验技术概述当并联配管内的两相流动出现分配差异现象时，在根本上是由T型管内两相流分配差异所致。

因而在现代核能发电、石油开采行业中对于T型管内两相流分的研究相对较多。

以石油开采为例，当管网中通过高温高压水蒸汽时，于闷井操作条件下易出现油井水蒸汽干度高、充满高温热水的现象，此时容易导致原油开采量下降、闷井操作效率下降等情况[2]。

T型混合器内湍流混合的多尺度模拟

T型混合器内湍流混合的多尺度模拟
马连湘;毕荣山;郑世清
【期刊名称】《化学反应工程与工艺》
【年(卷),期】2008(024)002
【摘要】建立了T型混合器内物料的宏观混合模型和微观混合模型,基于湍流k-ε模型,利用fluent6.2软件对T型混合器的宏观混合性能和微观混合性能进行了模拟研究.结果表明,T型混合器的侧管人口角度对混合性能具有重要的影响.对于宏观混合,在30°时混合效果最佳;而对于微观混合,60°时混合效果最佳.侧管人口速度与主管速度比越大,混合效果越好,达到完全混合所需要的长度越短.速度比相同时,混合效果不随绝对速度的变化而变化,达到完全混合所需要的混合长度相同.
【总页数】5页(P103-107)
【作者】马连湘;毕荣山;郑世清
【作者单位】青岛科技大学机电工程学院,山东,青岛,266042;青岛科技大学计算机与化工研究所,山东,青岛,266042;青岛科技大学计算机与化工研究所,山东,青
岛,266042
【正文语种】中文
【中图分类】TQ018;O357.5
【相关文献】
1.结构参数对非对齐入口式T型微混合器内混合特性的影响 [J], 李健;夏国栋;李艺凡
2.喷射器内湍流混合的多尺度模拟 [J], 毕荣山;马连湘;程华农;谭心舜;郑世清
3.T型微混合器内液相混合的数值模拟 [J], 齐文哲;郭凯;赵明恩;黄哲庆;刘春江;刘伯潭
4.Lightnin静态混合器内纳米流体湍流传热特性分析 [J], 禹言芳;陈雅鑫;孟辉波;王宗勇;吴剑华
5.T型微混合器内混合强化的数值模拟 [J], 肖水云;李鸣;杨大勇
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液-液相变溶剂混合过程的数值模拟

液-液相变溶剂混合过程的数值模拟作者：王展旭王敏来源：《当代化工》2019年第04期摘 ;;;;;要：基于相变溶剂的研究和分析，设计出液-液相变溶剂捕集CO2的工艺流程和装备，针对工艺流程中吸收CO2后分相贫液与解吸再生溶剂在循环使用周期中的混合问题，建立了SD型静态混合器物理模型。

依据MEA-正丙醇水溶液相变溶剂体系物性参数，采用Mixture多相流模型和标准湍流模型进行数值计算，分析两相流在SD型静态混合器内流动特性。

研究结果表明，该混合装置具有实现MEA-正丙醇水溶液混合均匀的可行性，为液-液相变溶剂捕集CO2工业应用中液体混合过程的装置选用与设计提供参考和理论依据。

关 ;键 ;词：液-液相变溶剂;SD型静态混合器;流动特性;混合过程;数值模拟中图分类号：TQ 027.3+5 ;;;;;文献标识码： A ;;;;;;文章编号： 1671-0460（2019）04-0825-05Abstract： Based on the research and analysis of phase change solvent， the process and equipments for the capture of CO2 with liquid-liquid phase solvent were designed. Aiming at the mixing problem of phase-dissolved lean liquid after absorbing CO2 and desorbing regeneration solvent in the cycle， the physical model of SD static mixer was established. According to the physical property parameters of the phase change solvent system of MEA and n-propanol aqueous solution， the Mixture multiphase flow model and the standard turbulence model were used for numerical calculation， and the flow characteristics of the two-phase flow in the SD static mixer were analyzed. The research results show that the mixing device has the feasibility of achieving uniform mixing of the MEA and n-propanol aqueous solution. The paper can provide reference and theoretical basis for the selection and design of the liquid mixing process in the industrial application of liquid-liquid phase solvent in capturing CO2.Key words： Liquid-liquid phase change solvent; SD static mixer; Flow characteristics; Mixing process; Numerical simulation近年来，全球气候变化成为人类面临的最紧迫问题，科学界普遍研究认为产生温室效应的主要原因与温室气体大量排放直接相关，其中CO2对全球变暖的贡献率高达76%[1]。

T型微通道反应器内气液两相流及气液固多相流模拟研究

T型微通道反应器内气液两相流及气液固多相流模拟研究孙冰【期刊名称】《《安全、健康和环境》》【年(卷),期】2019(019)002【总页数】7页(P37-43)【关键词】微通道; 两相流; 网格气泡【作者】孙冰【作者单位】中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室山东青岛266071【正文语种】中文0 前言微流体控制技术是指微米或纳米尺度的低维通道结构中，控制体积为皮升或纳升的液体进行流动并传质传热的技术。

微流体反应器的反应尺度小，比表面积大，传质传热迅速彻底，可以精确控制反应过程和条件，在化工合成、生物检测领域获得了广泛的应用。

微流体反应器(或微通道反应器，简称微反应器)中物料能够迅速混合、反应，且反应产生的热量能够迅速被移除。

反应器尺寸小，比表面积大，反应生成的自由基在与管壁的不断碰撞中被猝灭，火焰难以传播。

即使氢氧混合后发生了爆炸，由于涉及物料量少，爆炸释放的能量少，对周围环境和人员造成的损伤也较小，能够极大地降低危险工艺过程的风险。

因此，微反应技术逐渐成为一种本质安全化的新型化工技术。

强放热或吸热多相催化反应对反应器传热性能要求较高，往往需要采用较细的反应管。

而管内的高流速和压降又要求颗粒尺寸不能过小，一般为2～10 mm[1]，管径与颗粒直径的比在4<N<15较为理想。

但在一些实验室条件下会出现N<4的情况[2-5]，此时壁面效应较为明显，将固定床看作平推流来处理往往效果不理想[6]。

近年来，人们开始利用CFD(Computational Fluid Dynamics)作为工具获取填充床中流体具体流动及标量传递的信息[7-10]，尤其是模拟固定床在低颗粒雷诺数(Re<1000)以及低管径与颗粒粒径比率(2<N<8)下的流动和传递过程[11]。

其中的难点之一就是固定床反应器中催化剂颗粒与颗粒以及颗粒与壁面间接触点处网格的处理问题。

这种逐渐无限趋近于零的缝隙，很容易由于接触点处扭曲度或者增长率太大等问题导致模拟过程不稳定，模拟结果误差大。

微通道中液液两相流动与混合过程的数值模拟

微通道中液液两相流动与混合过程的数值模拟近年来，微技术的快速发展和应用，微通道的研究也随之受到越来越多的关注，而微通道中的液液两相流动与混合过程也成为研究热点之一。

相比于传统通道，微通道由于其介质有限的空间，散热困难、压降明显、流体性能复杂等特点，使得其中液液两相流动和混合的研究十分具有挑战性。

而且，关于液液两相流动和混合的实际应用及其对研究的重要性也是不容忽视的，因此，数值模拟微通道中的液液两相流动与混合过程也成为研究的重要内容。

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