多相流搅拌器流场数值模拟软件[1]
流体力学流场仿真模拟软件介绍[1]
![流体力学流场仿真模拟软件介绍[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/aee93740336c1eb91a375d98.png)
FloEFD是无缝集成于主流三维CAD软件中的高度工程化的通用流体传热分析软件，它基于当今主流CFD软件都广泛采用的有限体积法(FVM)开发，FloEFD完全支持直接导入Pro/E, Catia, Solidworks, UGS-NX, Inventor等所有主流三维CAD模型, 并可以导入Parasolid, IGES, STEP, ASIC, VDAFS, WRML, STL, IDF, DXF, DWG等格式的模型文件。
FloEFD的分析步骤包括CAD模型建立、自动网格划分、边界条件施加、求解和后处理等都完全在CAD软件界面下完成，整个过程快速高效。
FloEFD直接应用CAD实体模型，自动判定流体区域，自动进行网格划分，无需对流体区域再建模。
在做CAD结构优化分析时，先对一个CAD模型进行一次FloEFD分析定义，同类结构（装配）的CAD模型只需应用独有的项目克隆(Project Clone)技术，即可马上进行不同装配下的FloEFD 计算，从而快速优化设计方案。
FloEFD –系列产品FloEFD FloEFD Pro FloEFD V5主要应用领域●军工、航空航天行业●电子、通讯行业●汽车行业●普通照明及LED半导体照明行业●机械、船舶行业●风扇、泵、压缩机等透平机械行业●能源、化工行业●阀门、管道等流体控制设备行业●医疗器械行业●制冷、空调、暖通行业FloEFD支持所有三维CAD模型导入并自带Solidworks三维建模工具的FloEFD流动与换热分析软件。
建立/读取CAD模型,网格自动生成,求解,后处理, 都在一个软件包中。
FloEFD.Pro完全嵌入Pro/Engineer环境的FloEFD版本。
FloEFD.V5完全嵌入CATIA V5环境的FloEFD版本。
FloEFD与CAD软件无缝集成作为无缝集成于CAD软件、面向结构设计工程师的通用CFD软件。
FloEFD有区别于传统CFD 软件的四大优势：●针对熟悉CAD软件的工程师FloEFD是针对工程师开发，因此工程师只需要很基本的流体动力学以及热传导知识，无需更多理解数值分析方法和流体动力学方程，即可在熟悉的CAD软件界面中完成流体及传热分析；●集成于CAD中、使用简单无缝集成于CAD环境中的FloEFD软件的使用界面非常直观并且灵活，新用户从入门到熟练使用一般只需一到两天的培训；●在CAD软件中快速分析通过集成于CAD环境中的FloEFD分析向导，工程师可以在数小时之内就完成对CAD模型的流动分析。
多相流搅拌器流场数值模拟软件
种拟流体进行处理. 为较真实地模拟工程问题， 推荐 通常设最上层为气相， 这 的流体为液 － 液 － 气三相， 样可方便地观测气液分界面流体的波动情况 . 当然 也可不考虑气相， 直接在液面采用对称性边界条件 . 综合 考 虑 各 种 因 素， 多相流模型采用混合 （ Mixture） 模型；湍流模型采用标准的 kε 模型；壁面 采用近壁条件. 在 FLUENT 中可以识别一些简单的 ANSYS 中设置的边界， 但在参数化设计时， 该方法 不易实现. 本文在 ANSYS 中进行所有边界的选择， 形成各自的 Component（ 组元） ， 并按特性命名， 以便 在 FLUENT 中按名称区分边界并进行设置. 如对于 一个对称问题， 涉及的部分组元名称见图 1. 图中 sl 与 sr 分别代表周期边界的左、 右二侧；in 和 out 分别 代表滑移界面的内部和外部； bldw1 代表叶片壁面， 其后跟随的数值表示是第几个叶片 ； fld _1 与 fld _2
［ 1］
0
引
言
搅拌设备在化工、 食品、 冶金、 造纸、 石油和水处
收稿日期： 2010-08-10 修回日期： 2011-03-03
“十一五” 基金项目： 国家 科技支撑计划（ 2008BADC4B15 ） ；四川省教育厅青年基金项目（ 10ZB097 ） ； 四川理工学院人才引进项目 （ 2009XJKRL002 ） （ Email） cagd@ tom. com 作者简介： 唐克伦（ 1972 —） ， 男， 四川泸县人， 教授， 博士， 研究方向为计算力学和计算机图形图像处理，
{
S1 = L eq / N1 ， 其他 S2 = S1 / N2 ， 动网格区域 S3 = S1 / N3 ， 叶片区域 （2）
OLGA全动态多相流模拟软
技术门槛高
虽然软件操作简单，但对于一些复杂的多相流问题，需要 用户具备一定的专业背景和技术能力，否则难以获得准确 的模拟结果。
定制化程度有限
虽然软件提供了丰富的物理模型和参数设置，但用户在某 些特定问题上的定制化需求可能无法得到满足，需要借助 其他工具或自行开发。
06 软件未来发展展望
提升计算效率
传热过程。
02 软件功能
多相流模型
1 2
完全多相流模型
olga软件支持完全多相流模型，能够模拟多相流 体的复杂流动行为，包括气泡流、颗粒流、液滴 流等。
流体动力学模型
基于流体动力学原理，olga软件能够模拟流体之 间的相互作用和流动规型，能够模拟流体在不同 温度和压力下的相变过程，如蒸发、冷凝等。
数据可视化
软件提供了丰富的数据可视化工具，用户可以直观地查看和分析模 拟数据。
数据分析工具
olga软件还提供了多种数据分析工具，如统计分析、趋势分析等， 帮助用户深入挖掘数据信息。
03 软件操作流程
建立模型
01
02
03
模型选择
根据模拟需求选择合适的 模型，如多孔介质模型、 流动模型等。
几何建模
使用CAD软件或直接在 olga软件中创建几何模型， 定义边界条件和初始条件。
用户界面设计
直观易用
olga软件的界面设计简洁直观，用户可以轻松上 手，快速掌握软件操作。
可视化操作
软件提供了丰富的可视化工具，用户可以通过图 形界面直观地查看和分析模拟结果。
自定义功能
用户可以根据自己的需求自定义界面和功能，提 高软件的可扩展性和灵活性。
数据处理与分析
数据导入导出
olga软件支持多种数据格式的导入和导出，方便用户进行数据交 换和共享。
基于Fluent的搅拌槽内多相流数值仿真及研究
受力情况。模拟结果将为多相流的混合特性研究提供有益指导，对搅拌结构的进一步优化具 有一定参考价值 。
关键 词 ：三相流 ；Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ Ｉ数值仿真 ；立式搅拌槽 中圈分类号 ：Ｔ Ｑ ２ ０ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ （ 上） － ０ １ ０ ห้องสมุดไป่ตู้ —０ ４
合 多相 流 的流场 分 布规 律 ，并 计算 了其 中固 体颗 粒 的滑 移 速 度 ； 王振 松 等 运 用流 体 软件 Ｃ Ｆ Ｘ 和 多重 参考 系法 （ ＭＲ Ｆ ）计 算 了搅 拌槽 内固液 两相 流场 分布 ，并探 究 了 其 变化 规 律 ；程 景 才 等［ ６ １ 运 用 计 算软 件 模 拟 了液 固固三 相流 流 场 ，并 进一 步研 究 了工 业 生产 上 结 晶反应 器 中液 体 的悬 浮 和 固体 颗 粒 的分 布 情 况 ；宋 海 霞等 【 Ｊ ” 通 过模 拟 搅拌 槽 中 多相 流连 续相 的流场 分 布 ，探 究 了混合 过 程 中
相 结 合 的 方 法 ，对 双 桨 涡 轮搅 拌 槽 的 功 率 损 耗 进 行 研
１ 计 算模 型
对 于 固液混 合 多相 流 的流 体 力学 仿真 而 言 ，采用 欧
拉一 欧拉 模 型 ，该模 型 的相关 方程 如 下 。
究；Ｇ ｉ ｕ ｓ ｅ ｐ ｐ ｅ 通过Ｐ Ｉ Ｖ技术研究 了搅拌槽 内固． 液混
探 索也引起 了大家 的关注 。近 年来，随着计算流体力 学 （ Ｃ Ｆ Ｄ）理论 的发展和计算机技术 的进 步， 国内外
通 过欧拉。 欧拉模 型、欧拉． 拉 格 朗 日模 型 、直 接 模 拟
（ ＤＮ Ｓ ）、大 涡模拟 （ Ｌ Ｅ Ｓ ）等多相流 的模 型化模 拟
搅拌过滤过程的CFD仿真
搅拌过滤过程的CFD仿真陈家权;赵威;劳黎明;黄海鑫;杨凯波【摘要】螺旋搅拌过滤器的搅拌轴转速直接影响过滤过程的过滤效果.文中采用计算流体力学的方法对过滤器的工作过程进行仿真.分析了过滤过程中,搅拌腔内流体的流速、流态、压力和固含量随搅拌轴转速的影响,讨论了流场内截面的切向流速大小随工作转速的变化规律、各截面涡流的形成和对过滤效率的提高作用,以及工作转速对分离效率的影响.结果表明,随工作转速从200 r/min增加到800 r/min过滤腔内切向流速上升近4倍,边界压力上升15％,分离效率提升5.3％;域内各截面涡流数目增加、涡流直径变大,对混合液的过滤效果增强.文中还给出了螺旋搅拌过滤设备的过滤方程,方程的计算值与仿真值的误差在15％左右,可以为后续设备的结构优化和改进提供必要的依据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】6页(P19-24)【关键词】搅拌;过滤;ANSYS;CFD【作者】陈家权;赵威;劳黎明;黄海鑫;杨凯波【作者单位】广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004;广西叶茂机电有限公司,南宁530004;广西大学机械工程学院,南宁530004【正文语种】中文【中图分类】TP391.7离心搅拌过滤设备是一种新型过滤设备，当它工作时，搅拌轴带动搅拌腔内的混合液高速旋转，利用离心力将混合液甩在周围的滤网上，利用旋转产生的巨大压力将清液压出滤网，滤渣则留在滤网内。
同时由于搅拌腔内的液体始终处于高速流动的状态，原本附着在滤网上的滤渣被快速地剥离下来，在实现过滤的同时保证滤网表面的清洁［1］。
如图1所示，本文设计的螺旋搅拌过滤器，其螺旋搅拌轴主轴呈阶梯轴分布，底端长光轴部分焊接有4块搅拌板，搅拌板又和螺旋叶片焊接。
装配时，螺旋搅拌轴伸入到圆柱形的过滤腔内部，过滤腔圆周上安装有滤网。
搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展
８０ ０
化 工 机 械
２１ ０ ０矩
搅 拌 槽 内非 稳 态 流 场 的 测 量 。 粒 子 图 像 测 速 技 术 无 论 在 成 本 、 度 或 是 适 用 性 上 都 具 有 其 他 测 量 精 技 术 无 法 比 拟 的 优 势 ’ Ｌ ｍ ｅ ｏＤ Ｊ等 人 用 。 ａ ｂ ￣ ＰＶ测 得 的 结 果 ， 明 了 用 商 业 软 件 模 拟 涡 轮 搅 Ｉ 证
式 进 行 设 计 ， 少 系 统 的 理 论 指 导 ， 致 设 计 偏 于 缺 导
桨就是 利 用 激 光测 速 仪 开发 的。然 而 Ｌ Ｖ是 典 Ｄ 型 的单 点测 量仪 器 ， 即使 用 微 机 自控 的激 光 测 速 仪 ， 次也 只能 测 量 流场 内一 点 或几 点 的瞬 时速 每 度值 ， 提供 整个 流 场 的结 构 信 息需 要 进 行 大 量 的
特 征 参 数 。 据 美 国 Ｌｇｔｉ ｉ ｎｎ公 司 报 道 ， ３ ０搅 拌 ｈ Ａ １
作 ， 可 连续 操 作 ， 有 混合 效 果 好 、 接 触 面积 又 具 相 大 、 热传质 效率 高等 特点 。但 由于操作 、 传 边界 条 件 的复 杂 性 ， 拌 釜 内流 体 的湍 流 特 性 、 递 过 搅 传 程 、 部混合 等现 象都 很难 进行 详细 的数 学描 述 ， 局 因此 ， 目前搅 拌设 备 大 多 依 靠 经 验 和半 经 验 关 联
受到 干扰 ， 目前 已较 少 采 用 。
它 将摄 像机 与 图像 处 理技 术 相 结 合 ， 原 理是 狭 其 缝 激光束 照射 搅 拌槽 ， 两 个脉 冲激发光 源 ， 用 得到 粒 子场 的两次 曝 光 图像 ， 接着 根 据 曝 光 时 间 内粒
２ ０世 纪 ８ ０年 代 以来 ， 内外 开 始 运 用激 光 国
cfd技术在搅拌器中的应用
cfd技术在搅拌器中的应用全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：标题：CFD技术在搅拌器中的应用引言搅拌器是化工生产过程中常见的设备，广泛用于搅拌液体、气体或固体的混合物。
在传统的设计过程中，通常需要通过试验和经验来确定搅拌器的参数，这种方法存在成本高、效率低等问题。
随着CFD （计算流体力学）技术的发展，它在搅拌器设计中的应用日渐增多，能够更准确、快速地模拟搅拌器的流场特性，为优化设计提供技术支持。
CFD技术在搅拌器中的应用1. 流场模拟CFD技术可以模拟搅拌器中的流场特性，包括速度场、压力场、温度场等，从而帮助工程师了解混合物在搅拌器中的流动情况，预测搅拌效果。
通过CFD模拟，可以有效分析搅拌器的工作状态，找出存在问题并进行优化改进。
2. 动态模拟CFD技术可以进行搅拌器的动态模拟，模拟不同转速、不同搅拌方式下的混合效果。
通过CFD模拟，可以比较不同设计参数对搅拌效果的影响，为工程师提供参考，指导实际生产。
应用案例1. 在湿法脱硫设备中，搅拌器的搅拌效果对脱硫效率有重要影响。
通过CFD模拟，工程师可以优化搅拌器结构，提高脱硫效率。
结论CFD技术在搅拌器中的应用为工程师提供了便利和支持，能够更准确、快速地模拟搅拌器的流场特性，帮助工程师优化设计，提高生产效率。
随着CFD技术的不断发展和应用，相信在未来的搅拌器设计中将发挥更大的作用。
第二篇示例：搅拌器是工业生产中常见的一种设备，用于搅拌不同物料以达到混合、均匀、溶解等目的。
在搅拌器的设计与优化过程中，计算流体力学（CFD）技术的应用日益广泛。
CFD技术可以帮助工程师更好地理解搅拌器内流体的运动规律和作用机理，进而提高搅拌器的性能和效率。
CFD技术可以帮助工程师模拟搅拌器内部的流动场。
在传统的试验方法中，测量搅拌器内部流体运动的参数往往成本高昂、耗时且难以控制。
而利用CFD技术可以通过数值模拟的方法准确地预测搅拌器内部的流动情况，包括速度场、压力场、湍流等。
如何使用SolidWorksFlowSimulation进行流体分析
如何使用SolidWorksFlowSimulation进行流体分析如何使用SolidWorks Flow Simulation进行流体分析第一章介绍SolidWorks Flow Simulation软件SolidWorks Flow Simulation是一款功能强大的流体分析软件，可用于研究和模拟各种流体行为，如流动、传热以及过程优化。
本章将介绍SolidWorks Flow Simulation的基本概念和软件界面。
1.1 SolidWorks Flow Simulation概述SolidWorks Flow Simulation是一款基于计算流体力学（CFD）原理的流体分析软件。
它提供了一种直观且易于使用的界面，使用户能够轻松地进行流体分析。
该软件适用于涉及空气、液体和气体等多种流体的工程领域，如航空航天、汽车、建筑、能源等。
1.2 SolidWorks Flow Simulation软件界面SolidWorks Flow Simulation软件的界面分为几个主要的模块，包括模型准备、模拟设定、网格划分、求解器设置和结果分析。
在模型准备模块中，用户可以导入、创建和编辑三维模型。
在模拟设定模块中，用户可以设置流体的边界条件、流体材料属性和求解器选项。
在网格划分模块中，用户可以对模型进行网格划分以提高计算精度。
在求解器设置模块中，用户可以选择不同的求解器和求解算法。
在结果分析模块中，用户可以对流体的流速、压力、温度等进行可视化和分析。
第二章 SolidWorks Flow Simulation基本操作本章将介绍使用SolidWorks Flow Simulation进行流体分析的基本操作，包括创建流体域、设置边界条件、定义流体材料和运行求解器。
2.1 创建流体域在使用SolidWorks Flow Simulation进行流体分析之前，首先需要创建定义流体域的模型。
用户可以使用SolidWorks CAD软件创建三维模型，然后导入到Flow Simulation中。
多相流动的数值模拟
多相流动的数值模拟引言在石油、化工、冶金等领域，多相流动是一类十分重要的现象。
它对于流体力学、化学反应等方面的研究都有着重要的意义。
在实验室内研究多相流动往往受到条件的限制，因此人们常常借助数值模拟的方法来探究多相流动的规律。
随着高性能计算技术的进步，多相流动的数值模拟得到了显著的发展。
概述多相流动是指两种以上物质同时存在于同一空间内、流动行为相互影响的现象。
其中流体中两相之间相对运动存在的现象称为相互作用。
两相之间的相互作用表现为牛顿第三定律：相互作用力相等，方向相反。
多相流动的计算方法目前主要有多介质方法、连续介质方法等。
多介质方法：将流体划分为两个或以上相分离的单相流，依据一个对象在单相流中的位置，判定该对象处于哪个相中，并且根据两相之间物质交换规律，计算两个相之间的相互作用和传质传热情况。
多介质方法的优点是可以明确地区分出多种物质，但是在相界面上，流体速度及物理量的梯度会达到无穷大，时间步长受到的限制较大。
连续介质方法：将两个相或多个相混合在一起作为一个流体进行数值模拟。
连续介质方法将相互作用作为成分间的扩散流。
连续介质方法的优点是计算机容易处理，且时间步长相对较大。
缺点是得到的结果是平均化的量，难以表达相之间的详细信息。
多相流动的数值模拟方法主要有欧拉法、拉格朗日法和欧拉－拉格朗日方法。
欧拉法：与连续介质方法相似，欧拉法以物质点的质量为基础来进行计算。
以两相为例，沿任何一条雷诺迹线，可以得到该点处气相和液相的不同体积分数。
欧拉法的优点是可以精确的描述流体的宏观特征，计算快速简单，缺点是欧拉法忽略了颗粒之间的相互作用。
拉格朗日法：是以颗粒为基础，采用颗粒运动方程和颗粒轨迹计算颗粒的定位和速度。
拉格朗日法的优点是可以精确的描述颗粒间的相互作用，计算精度高。
缺点是需要像物理颗粒模型这样的复杂的计算，计算量很大。
欧拉-Lagrange方法：欧拉-Lagrange方法采用欧拉法描述流体的运动，采用Lagrange法描述颗粒间的相互作用。
Fluent软件在水面船舶数值计算中的应用
Fluent软件在水面船舶数值计算中的应用Fluent软件是一种流体动力学软件，具有可视化、计算精度高、计算速度快等特点。
在水面船舶数值计算方面，Fluent软件拥有广泛的应用。
其应用可以大大提高船舶设计的可靠性和安全性。
Fluent软件在船舶数值计算中的应用一般分为两种：一种是基于两相流的船舶设计计算，另一种是面向船舶交通的数值模拟。
多相流是指在同一时空范围内存在两种或两种以上的物质，如固体颗粒、气泡或液滴等和连续相（如气相和液相）之间的相互作用。
多相流领域是船舶数值模拟研究的重要分支。
在传统的垂直涡也是目前各个领域都用来测量流场旋转的方法中，由于受到衰减等限制因素，其适用范围受到了很大的局限，而Fluent软件可以为多相流方法提供更多的实现方式。
在基于两相流的船舶设计计算方面，Fluent软件可以根据流体运动原理的计算结果，为船舶的设计提供科学依据。
比如，在船舶外形的优化设计中，Fluent软件可以通过计算评估不同外形下的水阻及其分布情况，以此来指导外形设计的优化；在船舶底涂装方面，Fluent软件可以通过计算分析不同底部涂装对水阻的影响程度，从而为船舶底涂装的选择提供支持。
在面向船舶交通的数值模拟方面，Fluent软件可以将水流和船舶作为两个不同的对象进行研究，以此刻画船舶在实际交通中的运行情况。
船舶在交通中的运动状态可以通过数值模拟来观测，从而获取其航行所需要的各种参数。
Fluent软件在这方面的应用主要有两个方面：一是模拟海底地形，二是模拟水动力环境。
在模拟海底地形方面，Fluent软件可以通过建立数学模型，预测航线上的海底地形情况，判断出危险的水域，为航运提供保障。
在实际运行中，如果电子航图和实际情况不符，则会发出警报。
在模拟水动力环境方面，Fluent软件可以模拟风浪、潮流等自然环境的变化情况。
船舶在不同的自然环境中运行，航速、船位、油耗等性能都会发生相应的变化。
Fluent软件可以根据不同的环境因素进行评估和优化，为船舶的运行提供科学的指导。
fluent多相流速度
fluent多相流速度Fluent多相流速度，是指Fluent软件在多相流数值模拟领域中计算流体速度的能力。
它是一种基于计算流体力学(CFD)的数值模拟技术，可用于模拟多相流体的动力学行为，如气泡流、液滴流、沉降流等。
以下是一步步阐述Fluent多相流速度的：1. 借助Fluent的GAMBIT前处理软件和FLUENT求解器，我们可以构建和求解包括多相流体动力学在内的各种问题。
这些问题可以是二维、三维、稳态或非稳态的问题。
2. 在Fluent中，流体速度的计算是基于Navier-Stokes方程和对流扩散方程组的求解。
针对多相流问题，例如气液两相流或固液两相流，Fluent可以通过各种模型来描述多相体系的动态特性。
3. 在许多实际应用中，多相体系中的速度与物质相互作用、物理界面、粘度等都有密切关系。
Fluent支持多种流场边界条件，如静压、速度、涡量边界条件等，这使得Fluent可以通过适当的边界条件来模拟各种多相流问题的流体速度。
4. 对于气泡流或液滴流等多相流问题，Fluent可以使用Euler-Lagrange方法，将其中的泡沫或液滴作为离散物体跟踪，用Euler方程求解流场，用Lagrange方程求解颗粒集合体。
5. 对于颗粒流问题，如固体颗粒在液体中的运动行为，Fluent可以采用Eulerian方法。
Eulerian方法将颗粒运动建模为向流体中添加物质的过程，可以模拟颗粒与流体之间的相互作用。
6. Fluent的多相流速度计算还可以用于研究分散相体积分数、颗粒直径、形状和密度等参数对多相流体动力学行为的影响。
这些参数对多相流速度计算中的乘积项系数和阻滞力系数等有着直接的影响，因此对于某些实际应用，选择正确的模型参数和材料参数是至关重要的。
总之，Fluent多相流速度是解决多相流问题的强大工具，可以用于模拟各种多相体系的流场速度，进而为多相流体的传递、混合、输送等实际问题提供透彻的理论基础和数值模拟工具。
多相流数值模拟方法研究
多相流数值模拟方法研究随着计算机科技和数值计算方法的不断发展，多相流数值模拟方法成为了研究流体力学、化工工程等领域的重要手段。
多相流涉及多种物质的相互作用和流动，具有非常复杂的物理过程和数学模型，因此需要深入研究数值模拟方法及其应用。
一、多相流数值模拟方法概述多相流体系中存在气液、液液、气固、液固等不同相态组合，这些相态组合具有各自的物理特性和运动规律。
因此，研究多相流的数值模拟方法需要充分考虑这些相之间的相互作用和运动规律。
多相流数值模拟方法主要有欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法和连续介质方法。
欧拉-欧拉方法是一种流场和相态特性都用欧拉坐标系描述的方法，数学模型比较简单，计算效率较高，但不适合描述某些特殊情况，例如相态变化。
欧拉-拉格朗日方法是一种在欧拉坐标系下描述流场，而在拉格朗日坐标系下描述相态特性的方法，适用于描述相态变化的过程。
连续介质方法是一种将不同相态视为连续介质的方法，通过给定介质性质及其守恒方程来求解流场和相态特性，适用于处理比较稠密的多相流体系。
二、多相流数值模拟方法的发展趋势随着数值计算方法的不断发展和数值计算机的性能提升，多相流数值模拟方法已经取得了很多进展。
未来，多相流数值模拟方法的发展趋势主要包括以下几个方面：1. 多物理场耦合模拟多相流在实际应用中往往涉及到多物理场的相互作用，如流动、传热、化学反应等。
因此，在多相流数值模拟中，需要考虑不同物理场之间的相互作用和耦合关系，以获得准确的模拟结果。
2. 多尺度、多分辨率模拟多相流动物理过程涉及到不同时间和空间尺度，因此需要在多尺度和多分辨率上进行模拟。
通过采用不同的数值计算方法和模型，可以在更精细的尺度上描述多相流行为，提高模拟精度和计算效率。
3. 高性能计算多相流数值模拟需要处理大量的计算数据和复杂的数学模型，因此需要充分发挥高性能计算的优势，提高数值计算效率和模拟精度。
4. 计算模型优化多相流数值模拟中需要考虑多种物理过程和数值计算模型，对计算模型进行优化可以提高模拟效率和准确度。
混凝土搅拌输送车多相流动的数值模拟与分析
为 了提高混凝土输送车的技术水平和产 品质 量 ，有必要对搅拌筒 内的流动情况加 以研究 ，以便 于更好的指导工程应用。为此 ，借助大型三维建模
多 相流 模 型 中 的ＶＯ （ ｌｍｅ ｏ ｌｉ Ｆ Ｖｏｕ ｆＦ ｕｄ）模 型进
行模 拟 。ＶＯＦ 型是 一种在 固定 的欧拉 网格下 的表 模
面 跟踪方 法 ，适用 于分层 的或 自由表 面 。当需 要得
到一种 或多 种互不 相融 流体 间的交界 面 时 ，可 以采 用 这种 模型 。
Ｃ Ｎ Ｔ Ｕ Ｔ ＮＭ Ｃ ＩＥ Ｙ２ １ ６ Ｏ ＳＲ Ｃ Ｉ Ａ ＨＮ Ｒ ０２ ７ Ｏ ５
专题 研 究
ｌ ｃ Ｈ ｓ 呲
模 拟各 相有不 同速 度 的多相流 ；可用 于模 拟有 强烈
历——质量传递。
２１ 动量方 程 ．． ２
所谓 动量守恒定律是指微元体 中流体的动量
２ 湍 流模型 ． ４
（ｆ ７
（ ） Ｖ ＰＶＶ） 一ｐ ＋ （ｍｍｍ＝ Ｖ ＋
流一 固两 相 流 中的流 场 大多 数 为湍 流场 ，湍流
Ｖ （ Ｖ ） ｇ Ｆ Ｉ Ｖ ｌ ＋＋ ＋ ＋
， ， 、
／
（） ２
场 由大大小 小 的漩涡组 成 。湍流模 型 的真实程 度从
ｓ
ｃＨ
ｆ研 专究 题
混凝土搅拌输送车 多相流 动的数值模拟 与分析
刘谊 宾 ，汪 秀 山 ，才
（ 吉林大学
委 ，马文星 ，刘 春宝
长春 １０ ２ ３ ０ ２）
多相流体的数值模拟及计算方法
多相流体的数值模拟及计算方法随着科技的不断发展，数值模拟成为了多领域科学研究的重要手段。
在工程领域中，多相流体的数值模拟显得尤为重要，因为多相流体系统中的相互作用十分复杂，实验条件受到限制，因此数值模拟成为了研究这些系统的主要手段之一。
一、多相流体的数值模拟多相流体包括两个或两个以上物理相或化学相的混合物，比如液体、气体、固体等。
在多相流流场中，不同相之间互相作用，流体间相互作用形成了复杂的流动现象，如空气中的雾、汽车燃烧室中的燃气和固体颗粒等。
如何对这些现象进行准确模拟，是工程领域中多相流体研究的一大挑战。
数值模拟在多相流体研究中的作用不言而喻。
数值模拟能够模拟多相流体流动的各种现象，如液滴、气泡、颗粒等运动轨迹、质量传递过程、界面着生和破裂过程等。
数值模拟方法主要有拉格朗日方法和欧拉方法两种。
拉格朗日方法主要适用于离散相数目较少、相互之间相对独立的情况。
该方法通过在每个离散相质点上解运动方程来描述相的运动，然后通过在每个极小团上解质量、动量和能量守恒方程来描述其与流体场的相互作用。
而欧拉方法适用于离散相数目较多或相互依赖较多的情况。
该方法将全多相流看做是一种非连续的流体，将其称为“均相流”。
根据物理实验数据的观察和分析，多相流体的数值模拟可以分为不同的模型，如气-液两相模型、沸腾模型、涡流破碎模型、松弛模型等，而不同的模型又需要不同的求解算法。
二、多相流体数值模拟的计算方法在多相流体模拟中，需要解决连续相和离散相之间的相互作用，因此需要涉及到两套计算方法。
前者是连续相计算，主要基于欧拉方法；后者则是离散相计算，主要基于拉格朗日方法。
两种方法的计算过程都十分复杂，需要对流场的参数进行求解。
多相流的数值模拟使用的计算方法有：有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）。
FVM是应用广泛的计算数值方法，它将集成区域划分为有限数量的小单元，然后使用控制方程组来求解每个单元的值。
FEM则是将连续体分成小单元，通过建立节点来对其进行离散化。
XFlow 流体仿真分析软件
跨声速 / 超音速流动 轻型机动预测
• 船舶海洋 船体绕流：阻力预测、尾流分析、螺旋桨、祔波性和机动能力晃动现 象波传播
• 土木工程 建筑、桥梁及其他土木工程的风荷载 水工建筑物、坝溢洪道或地下设施溢流的自由面分析 采暖、空调、通风室内空间污染物的分散
• 能量 油气流动 能量转换器（风力涡轮机的空气动力学，热收集器） 水轮 分析 太阳塔自然对流 太阳能电池板的风荷载
• 制造业 数据中心的热管理 内部运动部件模拟，如阀门和泵等 模拟混合过程（搅拌器、混合器） 具有复杂流变性质的流体（非牛顿粘度模型）
XFlow 与传统 CFD 软件的比较 :
应用领域 :
• 汽车 具有整车几何结构的车辆空气动力学（包括发动机和下车厢） 动力传动系润滑油热制冷与乘客舒适性 移动几何形状，如旋转车轮、悬架系统或车辆超车 自由表面如加油过程或水上行驶 • 航空学 对高升力配置进行拖曳和升力预测 压力和表面岸擦载荷分布 运动部件，如起落架的展开、不同的襟翼配置或旋转翼空气声学、 通风和气候控制系统
XFlow 是具有革命性的新—代 CFD 软件。基于格子波尔兹曼方法 (LBM，Lattice Boltzmann Method)， 突破了传统网格方法的瓶颈，可以有效求解几何域中涉及运动机构、自由表面、流固耦合等复杂的计算流 体动力学问题。易于使用、无需网格、并行计算高效、边界条件处理简单、模拟精确。
软件特点 :
• 前处理器、求解器、后处理器完全集成在同—个用户界面内。可以通过移动工作窗口以及选项来配置 用户格划分过程。 • 支持复杂边界条件和物理过程分析：耦合换热、跨 / 超音速流、多孔介质、非牛顿流、多相流等。 • 善于分析物体运动过程和自由液面的流动：包括波浪、刚体、强迫或约束运动条件下的流场变化。 • 自适应的尾流跟踪和细化：靠近壁面自动提高精度，动态追随尾迹发展过程。 • 气动声学分析：不需要人为地稳定或跟踪自然压力波的演变，直接进行声波分析。 • 近乎线性的并行计算加速性能。
多相流搅拌器流场数值模拟软件
多相流搅拌器流场数值模拟软件作者：唐克伦,张应迁,梁智权来源：《计算机辅助工程》2011年第01期摘要：为对搅拌器多相流体间的最终乳化结果进行模拟，结合FLUENT与ANSYS软件，以VB为前台程序开发搅拌器流场数值模拟软件.用VB开发用户交互界面，通过后台调用ANSYS的APDL完成前处理模块，实现搅拌器叶片、筒体的建模，网格划分和组元创建；通过后台调用FLUENT运行日志文件实现流体流场仿真运算与结果后处理，并以图形和文本输出到VB开发的用户界面.实例表明，与FLUENT公司开发的MixSim比较，该软件的优势是能模拟出多相流体搅拌后相分布规律；通过改变搅拌器相关参数，容易实现参数的优化，特别是搅拌器叶片转速的优化.关键词：多相流；搅拌器；流场模拟；软件开发； FLUENT； ANSYS中图分类号：TQ051.7; TB115.7 文献标志码：Numerical simulation software of flow field in multiphase fluid mixerTANG Kelun, ZHANG Yingqian, LIANG Zhiquan（College of Mechanical Engineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong 643000, Sichuan, China）Abstract： To simulate the final emulsion result of multiphase fluid in mixer, combined with FLUENT and ANSYS, a numerical simulation software of flow field is developed for multiphase fluid mixer by using VB which is taken as the foreground development program. The user interface is developed by VB, and the pre-processing model is implemented by invoking APDL of ANSYS in background, which is used to fulfill the modeling, meshing, component-building of mixer blade and cylinder. The log file of FLUENT is invoked to implement the flow field simulation and post-processing for the fluid, and the graphic and text are outputted and displayed on the user interface which is developed by VB. Compared with the MixSim developed by FLUENT Company, the software can simulate the phase distribution of the multiphase fluid after mixing, and is easy to implement the parameter optimization, especially the optimization of mixer blade rotation speed.Key words： multiphase fluid; mixer; flow field simulation; software development; FLUENT; ANSYS0 引言搅拌设备在化工、食品、冶金、造纸、石油和水处理等行业中应用广泛.［1］尤其是在化学工业中，搅拌釜式反应器(以下简称搅拌器)是在化工生产中应用最广泛的反应器之一.虽然目前对搅拌器已有许多的实验和理论研究，但相关的理论及设计计算方法仍不完善，在工业过程中设计和放大的主要方法依然是半经验的方法，需大量的实验数据和数学模型来描述反应器中的流体运动情况.随着计算机技术的高速发展，计算机运算速度也大幅提升，使得以计算机数值模拟方式研究搅拌器流场逐渐成为可能.在多数情况下，对搅拌器的流场模拟能得出许多有用的结果.如对于多相流问题，可通过流场模拟的方法得出在一定转速情况下多种流体乳化的相分布规律，同时也能得出在该转速情况下的搅拌器运行功率及搅拌混合时间，而这2种结果正是搅拌器设计过程中比较难解决而又必须要解决的2个关键问题.目前，FLUENT公司已开发有一款专门针对搅拌器流场的数值模拟软件MixSim，但MixSim只针对单相流场的数值模拟，对于多相流体间的最终乳化结果不得而知.近年来，国内外许多学者对多相流搅拌混合作了大量的实验与数值模拟研究.陈涛等［2］以珍珠岩颗粒和清水为材料，通过实验与数值模拟研究在3层桨叶作用下珍珠岩颗粒的分布规律，验证数值模拟的准确性；闵健［3］、侯拴弟等［4］、周国忠等［5］、JAWORSKI等［6］和王卫京等［7］的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟与实验研究证明多相流搅拌数值模拟的可行性.FLUENT是目前流行的流体仿真软件，其日志文件(Journal)为FLUENT自动化处理提供支持.［8］在被ANSYS公司收购后，FLUENT与ANSYS软件一道分别成为ANSYS公司旗下强大的流体和固体仿真软件.ANSYS软件在参数化建模［9］方面有着独特的优势，使得ANSYS在众多CAE分析软件中独领风骚；而FLUENT软件本身不具备建模功能，通常都是利用第三方软件GAMBIT作前处理，即建模.结合FLUENT和ANSYS软件各自的优点以及FLUENT被ANSYS公司收购的情况，提出用VB开发用户交互界面：先通过后台调用ANSYS 运行APDL，完成FLUENT软件的前处理模块，实现搅拌器叶片、筒体的建模，网格划分和组元创建；然后通过后台调用FLUENT运行日志文件，实现流体流场仿真运算与结果后处理.1 ANSYS几何建模1.1 筒体及附件筒体及附件结构可表示为：筒体+挡板或导流筒+上封头、下封头.筒体部分建模相对比较简单；而挡板设计中考虑矩形挡板和椭圆形挡板2种挡板形式，其参数包括挡板几何参数和位置参数.几何参数中对流场影响较大的是挡板的宽度；挡板的厚度（椭圆挡板为椭圆截面短径）按默认比例设置；挡板的高度通过位置参数控制，即挡板距离筒体底部和上端部位置进行设置；周向位置采用均布方式；轴向位置通过与筒体壁的距离进行设置.这样，挡板和导流筒的输入参数几乎一样，在VB中可采用同一界面进行处理.上、下封头可考虑平底封头、椭圆封头（圆形封头）以及锥台封头等.1.2 搅拌器叶片搅拌器叶片初步考虑目前常见的10余种叶片形式.［1］由于搅拌轴对流场的总体影响相对较叶片的影响低许多，在建模中未考虑搅拌轴建模部分，降低建模的复杂度.叶片可安装在搅拌器中任意位置处，包括偏心安装和斜插安装等；叶片也可以多种叶片的形式组合安装，只要位置合适、不形成干涉即可.由此，每个叶片的输入参数除几何尺寸以外，还需几个位置控制参数：距底面高度、偏心距离、轴向安置角、环向安置角以及叶轮转速等.在FLUENT中，软件采用滑移网格法，因此在搅拌器模型建成后，需以一个筒体将叶片包围并从整个模型中分割出来，为形成多参考坐标系下的滑移网格作准备.1.3 网格划分由于搅拌器内部构件比较复杂，可采用四面体自由网格划分.针对不同的区域，网格划分的密度可以不同，这样才能保证既有一定的计算精度，同时计算速度也不至于太慢.在重要的区域（如搅拌器叶片区域），网格通常需加密.软件设置3种不同的网格尺寸，定义一个当量尺寸为（1）式中：为筒体高度；为筒体直径.则其相应的网格尺寸定义为，其他，动网格区域，叶片区域（2）式中：为总体尺寸划分数目，在软件中缺省设置为25，其确定整个网格划分中单元的大致数目；为动网格细分数目，在软件中缺省设置为2；为叶片区域网格细分数目，在软件中缺省设置为5.1.4 建模中的对称性问题大多数搅拌器的叶片通常安装在中心位置，具备周期性条件，可减少FLUENT运算时间.软件考虑周期性和非周期性2种情况予以设计.在设计中，程序自动判断是否满足周期性条件，如果满足，则依据操作员的设置进行周期性或非周期性计算.2 FLUENT中流体及边界条件设置在CFD多相流仿真中，通常将固体颗粒作为一种拟流体进行处理.为较真实地模拟工程问题，推荐的流体为液-液-气三相，通常设最上层为气相，这样可方便地观测气液分界面流体的波动情况.当然也可不考虑气相，直接在液面采用对称性边界条件.综合考虑各种因素，多相流模型采用混合（Mixture）模型；湍流模型采用标准的-迥Ｐ停槐诿娌捎媒ü壁条件.在FLUENT中可以识别一些简单的ANSYS中设置的边界，但在参数化设计时，该方法不易实现.本文在ANSYS中进行所有边界的选择，形成各自的Component （组元），并按特性命名，以便在FLUENT中按名称区分边界并进行设置.如对于一个对称问题，涉及的部分组元名称见图1.图中sl与sr分别代表周期边界的左、右二侧；in和out分别代表滑移界面的内部和外部；bldw1代表叶片壁面，其后跟随的数值表示是第几个叶片；fld_1与fld_2代表分属哪个流体区域；fixw代表与筒体外壁面相联系的面；sldw代表与滑移界面相联系的面等.依据Component的字母组合即可在FLUENT中进行边界条件的设置.(a)筒体区域组元(b)叶片区域组元图 1 组元名称Fig.1 Component name3 数据交换与模块间的交互在软件设计中，涉及VB，ANSYS与FLUENT之间的数据交换和交互，其功能模块简图见图2.图 2 功能模块简图Fig.2 Function module diagram3.1 VB与ANSYS之间的交互当VB调用ANSYS进行建模计算时，需判断ANSYS是否运算完毕，以便进行后续工作.为此，程序设计在生成ANSYS的APDL程序段末尾加入2条语句：“*create,end_of_file,mac”与“*end”，以生成一个空的宏文件“end_of_file.mac”.VB依据文件夹中是否存在end_of_file.mac 文件来判断ANSYS是否运行完毕.VB与ANSYS之间的数据交换主要用于在VB中实现图形预览功能.ANSYS批处理运行的语句为“ANSYS_path\\--np -iinput_file -o output_file”，其中input_file即为VB中生成的APDL文件，output_file为输出文件，在此没有特定用途，可任意命名.-np为并行运算参数，p为并行运算的数目，对双核和四核CPU而言，其分别为-n2和-n4.ANSYS_path为ANSYS可执行文件的路径.在程序设计中ANSYS_path与p 的数值通过读取环境变量进行自动设置.在VB运行外部程序时，只需一个Shell命令即可.3.2 VB与FLUENT之间的交互VB与FLUENT之间交互，不仅要实现图形预览功能，而且还要读取少量的文本数据，如计算完毕后扭矩数值、某截面的相分布数据以及计算前的边界条件设置等.同与ANSYS交互类似，VB也通过生成FLUENT的Journal（日志文件）来控制其运行、结果输出，然后在VB下实现结果的读取与显示.运行日志文件的语句为“fluent_path\\fluent 3d -hidden -tp -i input_file -o output_file”.其中，-hidden指定在运行FLUENT时前台不显示，-tp为并行运算参数，p为并行运算的数目.由于FLUENT运行时间较长，需实时显示FLUENT的运行进度，可通过读取FLUENT下生成的图形文件编号了解程序的运行情况以及判断程序是否运行结束.3.3 ANSYS与FLUENT之间的数据交换FLUENT提供与ANSYS的数据接口.在划分完网格并进行相关的设置后，通过在ANSYS 中输入“Allsel,all”与“CDwrite, db, filename.cdb”2条命令来输出网格数据文件，然后在FLUENT 中通过命令-实现网格读入操作.4 运行实例设计一个筒体，直径为1 m，直筒部分高为1 m；上端采用对称性设置，下端为平底封头；安装一圆盘涡轮式6折叶叶片，叶片外径500 mm，叶片高，叶片距离底部300 mm，中心安装折叶角为45°.考虑2种流体，其密度分别为和，黏度均为0.001 Pa•s；所占容积高度分别为600 mm和400 mm.不同转速时的相分布见图3.(a)初始状态第2相分布(b)收敛后第2相分布，收敛后第2相分布，收敛后第2相分布，收敛后第2相分布，r/min(f)收敛后第2相分布，图 3 不同转速时相分布Fig.3 Time-phase distribution under different rotation speed为节约时间，采用几何对称及周期性边界条件，叶片取1/6，筒体取1/4.图形显示取在筒体对称面上.依据条件所设，筒体对称面上第2相初始分布状态见图3（a）.分别考虑，125，150，175和等几种转速运行情况，在运行收敛后，其相分布图分别见图3（b）~3（f）.可知，当转速时,分层现象消失，转速越高，混合越好.同时，对各种转速提取其相应的功率，见表1.可知，随着转速的增加，转轴输入功率上升很快.为节约能源，不宜采用较高的转速.综合考虑，在假定模式下，转速宜选取为表 1 转速与功率关系Tab.1 Relation of shaft power and rotation speed转速/(r/min)100125150175200功率/W528.3 1 058.31 826.02 799.44 268.05 结论利用VB开发软件界面，生成ANSYS的命令流文件APDL，通过调用ANSYS后台完成搅拌器的建模和网格划分工作；然后生成FLUENT下的日志文件(Journal)，通过后台调用FLUENT完成搅拌器流场的数值模拟与结果后处理，并以图形和文本输出到VB开发的程序界面.与FLUENT公司开发的MixSim相比，该软件最大的优势是能模拟出多相流体搅拌后相分布规律.通过改变搅拌器相关参数，容易实现参数的优化，特别是搅拌器叶片转速的优化.参考文献：［1］陈志平, 章序文, 林兴华. 搅拌与混合设备选用手册［M］. 北京: 化学工业出版社, 2004: 1-143.［2］陈涛, 吴大转, 杜红霞, 等. 低密度固体颗粒与液体搅拌混合过程的数值模拟研究［J］. 工程热物理学报, 2010, 31(2): 271-274.-density solid-liquid mixing process［J］. J Eng Thermophysics, 2010, 31(2): 271-274.［3］闵健. 搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟［D］. 北京: 北京化工大学, 2005.［4］侯拴弟, 张政, 王英琛, 等. 轴流桨搅拌槽三维流场数值模拟［J］. 化工学报, 2000,51(1): 70-76.Numerical simulation of turbulent flow in stirred tank agitated by axial impeller［J］. J Chem Industry & Eng, 2000, 51(1): 70-76.［5］周国忠, 施力田, 王英琛. 搅拌槽内近桨区流动场的数值研究［J］. 高校化学工程学报, 2002, 16(1): 17-22.ngchen. CFD prediction of flow near the agitator in stirred tank［J］. J Chem Eng Chin Universities, 2002, 16(1): 17-22.［6］with dual Rushton turbines-comparison with experimental results: Part I: Initial studies［J］. Chem Eng Res & Des, 2000, 78(3): 327-333.［7］王卫京, 毛在砂. 用改进的内外迭代法数值模拟Rushton涡轮搅拌槽流场［J］. 过程工程学报, 2002, 2(3): 193-198.stirred tank with a Rushton turbine using the improved inner-outer iterative procedure［J］. Chin J Process Eng, 2002, 2(3): 193-198.［8］江帆, 黄鹏. FLUENT高级应用与实例分析［M］. 北京: 清华大学出版社, 2008: 46.［9］龚曙光, 谢桂兰, 黄云清. ANSYS参数化编程与命令手册［M］. 北京: 机械工业出版社, 2009: 1-4.(编辑于杰)。
多相流搅拌器流场数值模拟软件
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｆｆｏ ｆｅ ｄ ｉ ｍ ｒｃ ｌｓｍ ａ ｉ ｎ ｓ ｆｗａ ｅ ｏ ｗ ｌ ｎ ｌ ｉ
前 台程序 开发 搅拌 器流场 数值 模拟 软件 ． Ｖ 用 Ｂ开发 用 户 交互界 面 ， 过后 台调 用 Ａ Ｓ Ｓ的 Ａ Ｄ 通 ＮＹ ＰＬ
完成前 处理 模块 ， 实现搅 拌 器叶 片 、 筒体 的建模 ， 网格 划分和 组 元创 建 ； 过后 台调 用 Ｆ Ｕ Ｎ 通 Ｌ Ｅ Ｔ运 行
日志文件 实现 流体流 场仿 真运 算 与 结果后 处理 ， 以图形和 文本 输 出到 Ｖ 并 Ｂ开发 的用 户界 面． 实例 表明， Ｆ Ｕ Ｎ 与 Ｌ Ｅ Ｔ公 司开发 的 Ｍｉ ｉ 比较 ， ｘｍ Ｓ 该软 件 的优 势是 能模 拟 出 多相 流体搅 拌后 相 分布规 律 ；
通过 改 变搅拌 器相 关参数 ， 易实现参 数 的优化 ， 别是 搅拌 器叶 片转速 的优 化． 容 特
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｔｏ ｓｍ ｕ ａｅ ｔ ｅ ｆｎ Ｉｅ ｌｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｆｍｕ ｐ ａ ｅｆｕ ｄ ｉ ｘ ｒ ｏ ｉ ｌｔ ｈ ａ ｍｕ ｓｏ ｅ ｕ ｔｏ ｈｉ ｈ ｓ ｉ ｎ ｍｉｅ ，ｃ ｍｂｉ ｄ ｗｉｈ Ｆ ｉ ｌ ｎｅ ｔ ＬＵＥＮＴ ａ ｎｄ ＡＮＳＹＳ ．ａ ｎ ｍ ｅ ｃ ｌｓｍ ｕ ａｉ ｎ ｓｆｗａ ｅ ｏ ｗ ｅ ｄ ｉ ｅ ｅｏ ｄ ｆｒｍｕ ｔｐ ａ ｅｆｕ ｄ ｍｉｅ ｙｕｓｎｇＶＢ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔｏ ｏ ｔ ｒ ｆｎｏ ｆ ｌ ｓｄ ｖ ｌｐｅ ｏ ｌｉ ｈ ｓ ｉ ｘ ｒｂ ｉ ｉ ｉ ｌ
CMG-STARS软件功能介绍及实例介绍
CMG-STARS软件功能介绍及实例介绍CMG－STARS热采、化学驱、冷采及其它先进开采⽅式数值模拟软件软件功能及国内外实例介绍加拿⼤计算机模拟软件集团（CMG）⽬录⼀、CMG总体介绍（以问答形式）3⼆、CMG－STARS软件功能介绍10（⼀）CMG－STARS化学驱模块数值模拟功能介绍101、聚合物驱功能及特点：102、凝胶功能及特点：12（⼆）CMG－STARS蒸汽辅助重⼒泄油模拟功能介绍13（三）CMG－STARS出砂冷采以及适度出砂模拟功能介绍15三、CMG－STARS软件国内外应⽤实例17（⼀）聚合物驱国内实例17（⼆）表⾯活性剂驱国内实例－华北油⽥淖50断块19（三）三元复合驱国外实例－北美海上油⽥20（四）凝胶调剖国内实例21（五）国外凝胶调剖实例1－奥地利leoben⼤学22（六）蒸汽辅助重⼒泄油（SAGD）实例－Conoco 22（7）稠油出砂冷采及适度出砂实例23（⼋）泡沫驱实例－挪威的SINTEF⽯油研究公司24（九）热⽔驱＋注N2泡沫采油实例25（⼗）微⽣物采油实例27（⼗⼀）电磁加热稠油开采实例：28⼀、CMG总体介绍1．C MG 公司简介CMG公司(加拿⼤计算机模拟软件集团)是1977年在加拿⼤阿尔伯达省卡尔加⾥市成⽴的数模研究机构。
依靠在数模软件研究开发及应⽤⽅⾯的丰富经验并经过⼆⼗多年的成功拓展，从最初由政府资助的研究机构发展成为成功的上市公司，是全世界发展最快的⽯油数模软件开发公司。
公司总部设在加拿⼤阿尔伯达省卡尔加⾥，在伦敦、休斯敦、卡拉卡斯和北京设有分公司或办事处。
2．国际资质认证机构认证情况在技术测试⽅⾯，CMG在以往的SPE数值⽐较测试中，差不多参与了所有的测试，⽽且得到了良好的评价。
CMG公司旗下聚积了许多在国际⽯油数模领域极具影响⼒的技术专家，在每年全球⼤型的技术交流会(包括：SPE、CIM等地)上发表了⼤量有影响性的⽂章，在油藏数值模拟科技研究上⼀直保持着领先地位，提供了许多技术服务给国际数模界。
(完整版)OLGA全动态多相流模拟软件介绍
OLGA全动态多相流模拟软件介绍OLGA软件模块功能介绍1、功能概述OLGA多相流软件是当前世界领先的非稳态多相流模拟计算程序，可以模拟在油井，输油管线和油气处理设备中的油、气及水的运动状态。
随着石油工业对“流动保障”的重视，OLGA已经被广泛地应用在可行性研究、工程设计和运行模拟中。
OLGA还被用于模拟有问题的油井和输油管线以寻求解决的办法，找出最佳操作步骤并选择合理的控制系统。
OLGA还可以用于对正常生产过程的实时模拟控制，用作工程师训练模拟器。
目前，OLGA 软件广泛应用于大型油气田、深水和边际油气田的设计和开发过程中，是海管工艺专业必备的软件之一。
OLGA软件主要包括以下模块：基本模块（主要计算稳态和瞬态条件下混输管线的压降、温降，包括简单设备－分离器、节流阀等）、组分跟踪模块、段塞跟踪模块、FEMtherm模块、蜡膜块、水合物动力学模块、复杂流体模块、腐蚀模块、高级井模块、多相泵模块、MEG跟踪模块等。
2、三相流基本平台(Three Phase Module)该模块提供OLGA运行的三相流计算的基本平台，是OLGA运行的基础，OLGA的其他模块需要插入到该平台中运行。
基础平台具备了多相流计算的核心功能，能够进行动态的多相流动过程计算，另外OLGA软件中的阀门控制器等基础设备也都能在基础平台中使用。
三相流基本平台模块包含了之前的水模块。
生产管线有三相（气、油、水）同时流动。
在流量低的情况下，油水之间会存在很大的滑脱速度。
因而水有在管线低洼处沉积的趋势，导致水在局部地段大量聚集，从而具有产生水段塞的可能。
水在局部地段聚集也可能会导致严重的腐蚀问题。
油水滑脱主要功能包括如下几方面：●指出管道中哪里会由于水的沉积而产生腐蚀。
●确定变产过程中油水是否会以段塞的方式流出管线。
●测算随含水度而变化的油水混合物粘度。
3、段塞流模块（Slugtracking Module）管线经常会遇到段塞流，这时油气液会交替流出管线。
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Abstract ： To simulate the final emulsion result of multiphase fluid in mixer， combined with FLUENT and ANSYS ，a numerical simulation software of flow field is developed for multiphase fluid mixer by using VB which is taken as the foreground development program. The user interface is developed by VB ，and the pre-processing model is implemented by invoking APDL of ANSYS in background，which is used to fulfill the modeling，meshing，componentbuilding of mixer blade and cylinder. The log file of FLUENT is invoked to implement the flow field simulation and postprocessing for the fluid，and the graphic and text are outputted and displayed on the user interface which is developed by VB. Compared with the MixSim developed by FLUENT Company，the software can simulate the phase distribution of the multiphase fluid after mixing，and is easy to implement the parameter optimization，especially the optimization of mixer blade rotation speed. Key words： multiphase fluid； mixer； flow field simulation； software development； FLUENT； ANSYS 搅 理等行业中应用广泛. 尤其是在化学工业中， 拌釜式反应器 （ 以下简称搅拌器 ） 是在化工生产中 应用最广泛的反应器之一. 虽然目前对搅拌器已有
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一道分别成为 ANSYS 公司旗下强大的流体和固体 ［ 9］ 仿真软件. ANSYS 软件在参数化建模 方面有着独 特的优势， 使得 ANSYS 在众多 CAE 分析软件中独 通常 领风骚；而 FLUENT 软件本身不具备建模功能， 都是利用第三方软件 GAMBIT 作前处理， 即建模. 结合 FLUENT 和 ANSYS 软件各自的优点以及 FLUENT 被 ANSYS 公司收购的情况， 提出用 VB 开 发用 户 交 互 界 面： 先 通 过 后 台 调 用 ANSYS 运 行 APDL， 完成 FLUENT 软件的前处理模块， 实现搅拌 器叶片、 筒体的建模， 网格划分和组元创建； 然后通 过后台调用 FLUENT 运行日志文件， 实现流体流场 仿真运算与结果后处理.
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0
引
言
搅拌设备在化工、 食品、 冶金、 造纸、 石油和水处
收稿日期： 2010-08-金项目： 国家 科技支撑计划（ 2008BADC4B15 ） ；四川省教育厅青年基金项目（ 10ZB097 ） ； 四川理工学院人才引进项目 （ 2009XJKRL002 ） （ Email） cagd@ tom. com 作者简介： 唐克伦（ 1972 —） ， 男， 四川泸县人， 教授， 博士， 研究方向为计算力学和计算机图形图像处理，
要： 为对搅拌器多相流体间的最终乳化结果进行模拟 ， 结合 FLUENT 与 ANSYS 软件， 以 VB 为 . VB ， ANSYS 前台程序开发搅拌器流场数值模拟软件 用 开发用户交互界面 通过后台调用 的 APDL 摘 完成前处理模块， 实现搅拌器叶片、 筒体的建模， 网格划分和组元创建；通过后台调用 FLUENT 运行 日志文件实现流体流场仿真运算与结果后处理 ， 并以图形和文本输出到 VB 开发的用户界面. 实例 表明， 与 FLUENT 公司开发的 MixSim 比较， 该软件的优势是能模拟出多相流体搅拌后相分布规律 ； 通过改变搅拌器相关参数， 容易实现参数的优化， 特别是搅拌器叶片转速的优化. 关键词： 多相流； 搅拌器； 流场模拟； 软件开发； FLUENT； ANSYS 中图分类号： TQ051. 7 ； TB115. 7 文献标志码： A
Numerical simulation software of flow field in multiphase fluid mixer
TANG Kelun，ZHANG Yingqian，LIANG Zhiquan
（ College of Mechanical Engineering，Sichuan University of Science and Engineering，Zigong 643000 ，Sichuan，China）
序自动判断是否满足周期性条件 ， 如果满足， 则依据 操作员的设置进行周期性或非周期性计算 .
代表分属哪个流体区域； fixw 代表与筒体外壁面相 联系的面；sldw 代表与滑移界面相联系的面等. 依据 Component 的字母组合即可在 FLUENT 中进行边界 条件的设置.
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FLUENT 中流体及边界条件设置
第 20 卷 第 1 期 2011 年 3 月
计 算 机 辅 助 工 程 Computer Aided Engineering
Vol. 20 No. 1 Mar. 2011
文章编号：1006 － 0871 （ 2011 ） 01-0037-05
多相流搅拌器流场数值模拟软件
唐克伦， 张应迁， 梁智权
（ 四川理工学院 机械工程学院 ， 四川 自贡 643000 ）
http ：/ / www. chinacae. cn
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计
算
机
辅
助
工
程
2011 年
许多的实验和理论研究， 但相关的理论及设计计算 方法仍不完善， 在工业过程中设计和放大的主要方 法依然是半经验的方法， 需大量的实验数据和数学 模型来描述反应器中的流体运动情况 . 随着计算机技术的高速发展， 计算机运算速度 也大幅提升， 使得以计算机数值模拟方式研究搅拌 器流场逐渐成为可能. 在多数情况下， 对搅拌器的流 场模拟能得出许多有用的结果. 如对于多相流问题， 可通过流场模拟的方法得出在一定转速情况下多种 流体乳化的相分布规律， 同时也能得出在该转速情 况下的搅拌器运行功率及搅拌混合时间 ， 而这 2 种 结果正是搅拌器设计过程中比较难解决而又必须要 FLUENT 公司已开发有 解决的 2 个关键问题. 目前， 一款专门针对搅拌器流场的数值模拟软件 MixSim， 但 MixSim 只针对单相流场的数值模拟， 对于多相流 体间的最终乳化结果不得而知. 近年来， 国内外许多学者对多相流搅拌混合作 了大量的实验与数值模拟研究. 陈涛等 以珍珠岩 通过实验与数值模拟研究在 3 颗粒和清水为材料， 层桨叶作用下珍珠岩颗粒的分布规律， 验证数值模 ［ 3］ ［ 4］ ［ 5］ 拟的准 确 性； 闵 健 、 侯拴弟等 、 周国忠等 、 ［ 6］ ［ 7］ JAWORSKI 等 和 王 卫 京 等 的 计 算 流 体 力 学 （ Computational Fluid Dynamics， CFD ） 数值模拟与实 验研究证明多相流搅拌数值模拟的可行性 . FLUENT 是目前流行的流体仿真软件， 其日志
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由于搅拌轴对流场的总体影响相对较叶片
的影响低许多， 在建模中未考虑搅拌轴建模部分 ， 降 低建模的复杂度. 叶片可安装在搅拌器中任意位置 处， 包括偏心安装和斜插安装等；叶片也可以多种叶 只要位置合适、 不形成干涉即 片的形式组合安装， 可. 由此， 每个叶片的输入参数除几何尺寸以外， 还 偏心距离、 轴向 需几个位置控制参数： 距底面高度、 安置角、 环向安置角以及叶轮转速 等. 在 FLUENT 中， 软件采用滑移网格法， 因此在搅拌器模型建成 需以一个筒体将叶片包围并从整个模型中分割 后， 出来， 为形成多参考坐标系下的滑移网格作准备 . 1. 3 网格划分 由于搅拌器内部构件比较复杂， 可采用四面体 网格划分的密度可 自由网格划分. 针对不同的区域， 这样才能保证既有一定的计算精度 ， 同时计 以不同， 算速度也不至于太慢. 在重要的区域 （ 如搅拌器叶 片区域） ， 网格通常需加密. 软件设置 3 种不同的网 格尺寸， 定义一个当量尺寸为 L eq = 槡 H × D2 （1） 式中：H 为筒体高度； D 为筒体直径. 则其相应的网 格尺寸 S 定义为
在 CFD 多相流仿真中， 通常将固体颗粒作为一
种拟流体进行处理. 为较真实地模拟工程问题， 推荐 通常设最上层为气相， 这 的流体为液 － 液 － 气三相， 样可方便地观测气液分界面流体的波动情况 . 当然 也可不考虑气相， 直接在液面采用对称性边界条件 . 综合 考 虑 各 种 因 素， 多相流模型采用混合 （ Mixture） 模型；湍流模型采用标准的 kε 模型；壁面 采用近壁条件. 在 FLUENT 中可以识别一些简单的 ANSYS 中设置的边界， 但在参数化设计时， 该方法 不易实现. 本文在 ANSYS 中进行所有边界的选择， 形成各自的 Component（ 组元） ， 并按特性命名， 以便 在 FLUENT 中按名称区分边界并进行设置. 如对于 一个对称问题， 涉及的部分组元名称见图 1. 图中 sl 与 sr 分别代表周期边界的左、 右二侧；in 和 out 分别 代表滑移界面的内部和外部； bldw1 代表叶片壁面， 其后跟随的数值表示是第几个叶片 ； fld _1 与 fld _2