多相流模型经验谈
5.4多相流模型5.5分散相模型2
116
沈阳航空工业学院
αρ αρV τ S t
(5.382)
其中，为混合物变量（对于混合模型）或者为一相的变量；α为相体积分数（对于混合 模型α等于 1）；ρ为混合相密度；V 为混合物速度或相速度（取决于方程）； τ 为扩散 相；S为源项。 二阶时间格式使用Euler后向时间差分，为全隐格式。将通用输运方程(5.382)应用二 阶时间格式离散为
4 α p ρppVol α p ρ ppVol 2t n 1 n 1 n 1 n 1 Anb nb p SU Sp p
n 1 n
3 α p ρppVol
n 1
(5.383)
将上式重写为
App Anbnb S
Ls 。 Vs
当 St 1 时，颗粒将紧密跟随连续相，可以使用 DPM 模型、混合模型或 Euler 模型 三者中任何一种；当 St 1 时，颗粒的运动将独立于连续相，可以 DPM 模型或 Euler 模 型；当 St 1，则又可以采用三种中的任何一种。具体采用何种模型还要考虑相体积分 数和计算量的大小。 航空发动机轴心通风器油 / 气两相流动中，滑油呈微小油滴，平均直径约数十μm， 局部油滴颗粒含量率最大约 10 − 4，体积分数最大不超过 10 − 7，典型情况下St数约 0.01。 因此，轴心通风器的油 / 气两相流的数值计算应采用DPM模型。
其中，
n 1 n 1 Sp Ap Anb
(5.384)
3 α p ρpVol 2t
n
n 1
n 1 S SU
4 α p ρppVol α p ρppVol 2t
n 1
该格式是无条件稳定的， 但如果时间步长太大， 三层时层方法的 n – 1 时层的负系数 会产生解的振荡。这个问题可以通过引入有界二阶格式解决。由于解的振荡主要出现在 可压缩液体流动中，因此仅对可压缩液体流动使用有界二阶格式。
Fluent多相流模型详细分析与总结笔记
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。
Fluent多相流模型选择与设定
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。
化学工程中多相流动的模拟与分析
化学工程中多相流动的模拟与分析在化学工程领域，多相流动现象广泛存在于各种工业过程中，如石油化工、能源生产、环境保护等。
对多相流动的深入理解和准确模拟分析对于优化工艺流程、提高生产效率、保障设备安全运行具有至关重要的意义。
多相流动指的是两种或两种以上不同相态的物质共同流动的现象。
常见的相态包括气相、液相和固相。
例如，在石油开采中，原油、天然气和水的混合流动；在流化床反应器中，固体颗粒与气体的相互作用；在喷雾干燥过程中，液滴与热空气的接触等，都属于多相流动的范畴。
多相流动的复杂性源于不同相之间的相互作用。
这些相互作用包括相间的质量传递、动量传递和能量传递。
质量传递涉及物质在不同相之间的转移，例如蒸发、溶解等过程。
动量传递则影响着各相的流动速度和压力分布。
能量传递关乎温度的变化和热交换。
为了研究多相流动，科学家和工程师们采用了多种模拟方法。
其中，计算流体动力学（CFD）是一种强大的工具。
CFD 通过数值求解流体流动的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，来预测多相流动的行为。
在多相流的 CFD 模拟中，需要准确描述各相的物理特性和相间的相互作用。
对于气液两相流，常用的模型有欧拉欧拉模型和欧拉拉格朗日模型。
欧拉欧拉模型将气相和液相都视为连续介质，通过求解各自的守恒方程来描述流动。
而欧拉拉格朗日模型则将气相视为连续相，液相以离散的液滴形式处理，追踪液滴的运动轨迹。
对于气固两相流，常用的模型有双流体模型和离散元模型。
双流体模型类似于气液两相流中的欧拉欧拉模型，将气体和固体都看作连续相。
离散元模型则着重于模拟单个固体颗粒的运动和相互作用。
然而，多相流模拟也面临着诸多挑战。
首先，多相流系统的参数众多且相互关联，准确确定这些参数往往十分困难。
其次，相间的相互作用机制复杂，现有的模型在某些情况下可能无法准确描述实际情况。
此外，计算资源的限制也会影响模拟的精度和规模。
为了提高多相流模拟的准确性，需要不断改进模型和算法。
20. 多相模型概述
20. 多相模型概述本章讨论了一般的多相模型。
20.1选择多相模型VOF模型适合于气液分层流动或者具有自有表面的流动，而混合模型和欧拉模型适合于相混合或者分开的流动或者分散相的体积分率大于10％的流动。
从欧拉模型和混合模型种选择，你需要考虑一下几点:1)如果分散相的的分布广，那么用混合模型最为合适。
如果分散相几种在主域的某些区域，那么用欧拉模型合适2)如果相间的drag law可用或者可以通过用户定义的方式得到，那么欧拉模型能得到精确的结果，如果相间的drag law不可知或者能否应用到你的问题中还是未知的情况下，选择混合模型。
20.1.1 VOFVOF模型能够通过求解一系列的动量方程并且跟踪主域中每种流体的体积分数来模拟两种或者两种以上不相混流体。
典型的应用有：jet breakup，液体中大气泡的运动，坝决口后水的运动，任何气液交界面的瞬态或稳态跟随。
VOF的不足：只能使用segregated solver；所有的控制体积必须要么充满单个流体相，要么充满混合相，不允许出现没有任何流体的区域。
只允许一个相可压缩Streamwise periodic flow not useSpecies mixing and reacting flow cannot be modeled不能用大涡湍流模型The second-order implicit time-stepping formulation cannot be used不能用于无粘流The shell conduction model for walls cannot be used稳态和瞬态求解：VOF方程的求解一般都是非定常的，但是对于某些问题，你只关心稳态解，那么你可以进行稳态求解。
A steady-state VOF calculation is sensible only when your solution is independent of the initial conditions and there are distinct inflow boundaries for the individual phases。
多相流的数值模拟和实验研究
多相流的数值模拟和实验研究多相流是指由两种或两种以上不同物质组成的两相或多相混合物所表现出来的流动现象。
对多相流的研究具有重要的理论和实际意义，它对于理解自然界的物理现象和化学过程，以及各种工业生产过程的优化和控制有着重要的意义。
由于多相流的复杂性，传统的实验和经验研究方法很难对其进行全面而准确的理论分析和实验研究，因此，数值模拟技术成为多相流研究的重要手段。
一、多相流的数学及物理模型多相流的模型是描述多相流动行为、相间传质、相间传热及相间反应过程的数学模型。
对于粒子数量较少的多相流应用连续介质模型，人们将不同相之间人为的断裂为一个个离散的颗粒，在一段时间内它们遵循阻力、碰撞、转移等物理规律分别运动。
在三维颗粒动力学（Discrete Element Method，DEM）模拟中，将某物质视作一堆颗粒的集合，部分颗粒之间具有碰撞和摩擦等相互作用。
相较于欧拉模型，DEM直接模拟颗粒的运动，颗粒运动的规律和特性可直接反映在输出的数据中。
对于粒子数量较多的多相流，例如颗粒流和气固两相流，需要采用欧拉模型。
欧拉模型将多相流看作为运动的连续介质，通过对流动状态中各相界面的移动和膨胀收缩来描绘多相流的运动及相间耦合反馈关系。
其中最重要的问题是对各相之间的相互作用关系、相互传递关系、相互转移关系进行描述和计算。
其中最经典的方法是用Navier-Stokes方程和质量守恒方程来描述多相流的欧拉模型，但是由于微观尺度的混沌运动和相互作用关系的复杂性，欧拉模型仅能模拟在能量和数量分布方面相对均一的现象。
二、多相流的数值模拟多相流的数值模拟将多相流视为连续介质，通过数值解法在离散化的时间和空间网格上对多相流动的各项参数进行计算，从而通过计算机模拟的方法来模拟多相流的运动行为。
数值模拟的过程通常包括以下几个方面的内容：建立数学模型、数值解法、模型验证和优化等。
1.建立数学模型多相流动的数学模型是研究多相流动过程的基础，在多相流动的数值模拟中，合适的模型对于准确得到各相的体积分数、速度以及温度等参数具有重要意义。
第20章 通用多相流模型--60页 多相流数据后处理
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载第20章通用多相流模型--60页多相流数据后处理地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容20.通用多相流模型（General MultiphaseModels）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）。
多相流动理论模型和数值方法
小滑移模型
连续介质
不考虑
有 （滑移=扩散）
欧拉
无滑移模型
连续介质
部分考虑
无（动力学平衡， 欧拉 热力学平衡或冻 结） 有 欧拉
拟流体（多流 连续介质 体）模型
全部考虑
多相流体动力学
按各种模型提出的时间大致顺序
•无滑移模型 •小滑移连续介质模型 •滑移-扩散的颗粒群模型
•双流体模型
•分散颗粒群模型 •颗粒轨道模型
并行计算技术
方程本身是精确的，不含任何认为假设 和经验常数，仅有的误差只是由数值方 直接模拟 （DNS) 法引入的误差 。 技术的应用
多相流体动力学
湍流流场涡结构图
小尺度涡
大尺度涡
湍流旋涡结构包括大尺度涡和小尺度涡
多相流体动力学
湍 流 大 涡 模 拟 简 介
大尺度涡 流 场 小尺度涡 决定湍流流场的基本形态和性质； 流场质量、能量的主要携带者； 高度各向异性,无法建立统一模型。 由大涡非线性作用产生； 流场能量的主要耗散者； 近似各向同性,可以考虑建立统一模型。
•周力行教授对双流体模型进行了深入的研究。他 们针对各向同性流动，提出了颗粒湍动能输运方程 的模型[2]。针对各向异性流动，则将单相湍流流动 的RSM模型推广至气固两相流中，提出了统一二阶 矩模型（USM）[3]。
多相流体动力学
拟流体模型现状
•概率密度函数（PDF）方法被引用于构造双流体 模型的两相湍流模型。Reeks[4]从稳态流场中的颗 粒运动方程出发，得到了颗粒相的PDF输运方程， 同时还用PDF方法研究了近壁区颗粒的运动和自然 边界条件的处理，克服了一般双流体模型难以描 述的颗粒在壁面沉降、反弹过程的缺陷。
多相流体动力学
Fluent多相流模型选择及设定
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。
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，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。
多相流模型 FLUENT入门培训知识讲解
• 案例
– 气旋 – 喷雾干燥器 – 粒子的分离和分类 – 浮质散布 – 液体燃料 – 媒的燃烧
Introductory FLUENT Notes
DPM 案例 – 喷雾干燥器仿真 FLUENT v6.3 December 2006
• 使用FLUENT中DPM 模型模拟仿真喷雾干 燥过程，包括液体喷 雾进入加热室接触干 燥粉末时的流动，热 交换和质量交换。
Introductory FLUENT Notes
DPM模型的适用条件 FLUENT v6.3 December 2006
• 流域: • 填充体积: • 填充粒子: • 建立湍流模型: • Stokes数:
气泡流, 液滴流, 粒子流 必须是分散型 (体积率 < 12%) 少量到适中 相之间的弱结合和强结合 所有 Stokes数
Liquid/Liquid – 活塞流－大的气泡在连续液体中
Slug Flow
– 层流/自由表面流－不能混合的流体有 清晰的分离面，例如：自由表面流
– 粒子流－连续液体中的固体颗粒，例 如 ：旋转分离器，空气清新器，吸尘
Gas / Solid 器，尘埃环境流
Stratified / FreeSurface Flow
Fluidized Bed
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
Introductory FLUENT Notes
多相流中的湍流模型 FLUENT v6.3 December 2006
• 多相流中的湍流模型非常具有挑战性。 • 如今，单相湍流模型（例如k–ε 和 RSM ）只
（例如：液体－液体，油－水）
• 液体由原相（primary）和次相的混合相
多相流动的物理模型与计算模拟
多相流动的物理模型与计算模拟随着科技的不断进步，能够为人们提供更多的便利和创造更多的价值。
在很多领域，科技的进步都离不开计算模拟，尤其是在多相流动的研究方面。
所谓多相流动，是指两个或两个以上的相互作用并占据同一场空间的流体系统。
在化工、石油、制药、食品等工业领域，多相流动是非常常见且重要的现象。
对多相流动的研究和模拟可以提高工业生产效率，降低成本，同时还有助于环保和安全生产。
以下我们将探讨多相流动的物理模型和计算模拟。
一、物理模型在对多相流动进行计算模拟时，需要建立相应的物理模型。
物理模型是描述多相流动系统运动规律和物理状态变化的一组方程，通常包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程等。
这些方程可以描述多相流动中液体、气体、固体颗粒等相互作用的物理过程和特性。
在物理模型中，还需要对多相流动的物理现象进行描述，如气泡的运动、颗粒的运动、界面的扩散等。
为了更好地描述多相流动的物理现象，还需要考虑相互作用力和相变过程等复杂的物理现象，以提高对多相流动系统的模拟精度。
二、计算模拟在多相流动领域中，计算模拟是一种非常重要的研究手段。
计算模拟可以通过建立物理模型和数值计算方法等，对多相流动系统的相互作用、流动过程、物质传递等不同方面进行模拟分析。
目前，多相流动的计算模拟方法主要分为两类，分别是欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法。
欧拉-拉格朗日方法在模拟中将液体和颗粒等物质视为不同的物理实体，用两个不同的速度场描述其运动情况，通过追踪颗粒的位置、速度、力等变量来计算弥散现象和碰撞结果；而欧拉-欧拉方法则将多相流体看作一个单一的流体，对其宏观流动状态进行描述，基于均质模型进行多相流动的模拟。
总的来说，欧拉-拉格朗日方法适用于小颗粒浓度和高相变率的情况，可以考虑颗粒形变、表面张力、相变、分散相排斥等复杂的物理现象；而欧拉-欧拉方法适用于高颗粒浓度和低相变率的情况，通常不考虑颗粒形变和表面张力，但可以模拟大规模颗粒流。
【多相流】VOF模型概述（5）
【多相流】VOF模型概述（5）VOF模型可以通过求解单一的动量方程并跟踪区域内每个流体的体积分数来模拟两种或两种以上的非混溶流体。
典型的应用包括射流破裂的预测、大气泡在液体中的运动、溃坝后液体的运动，以及任何气-液界面的稳态或瞬态跟踪。
Fluent中的VOF模型有以下限制:•必须使用压力基求解器，VOF模型不能用于密度基求解器；•所有的控制体积必须充满单个流体相或相的组合，VOF模型不考虑没有任何类型流体存在的空隙区域；•只有一种相可以被定义为可压缩的理想气体，在用户自定义函数使用可压缩流体没有限制；•当使用VOF模型时，不能模拟沿流向周期性的流量(指定的质量流量或指定的压降)；•二阶隐式时步公式不能用于显式VOF格式；•当DPM模型结合VOF模型跟踪粒子时，无法选择共享内存方法(离散相模型并行处理)，(注意，使用消息传递或混合方法可以使所有多相流模型与DPM模型兼容。
)•在多面体网格上不能使用耦合的VOF模型；•VOF模型与非预混、部分预混和预混燃烧模型不兼容。
VOF在Fluent中通常用于瞬态计算，但如果你只关心稳态解，它是可以进行稳态计算的。
只有当解不受初始条件的影响，且各相有明显的流入边界时，稳态VOF计算才有意义。
例如，由于旋转杯内自由表面的形状取决于流体的初始水平，这样的问题必须用随时间变化的公式来解决。
另一方面，在有单独进气的顶部有空气区域的通道中，水的流动可以用稳态公式求解。
VOF模型依赖于两个或两个以上的流体(或相)不相互渗透的事实。
对于添加到模型中的每个额外的相，将引入一个变量:计算单元中该相的体积分数。
在每个控制体中，所有相的体积分数之和为一。
所有的相都共享变量和物性，并表示体积平均值，只要在每个位置都知道每个相的体积分数。
因此，根据体积分数的值，任何给定单元格中的变量和属性要么纯粹代表一种相，要么代表一种相的混合物。
换句话说，如果将单元内流体的体积分数表示为，则可能出现以下三种情况:•，单元是空的；•，单元是充满的；•，单元包含流体与一个或多个其他流体之间的界面。
多相湍流计算模型word精品文档19页
多相湍流计算模型多相流动指气体-颗粒（气-固）、液体-颗粒（液-固）、液体-气泡（液-气）、气体-液雾（气-液）和气泡-液体-颗粒（气-液-固）等两相或者三相流动，其中连续相是流体（气体或液体）、离散相是颗粒、液雾或气泡。
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，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”。
一般气固两相流动的研究方法主要有：（1）把流体或气体当作连续介质，而将颗粒视为离散体系。
（2）把流体与颗粒都看成共同存在且相互渗透的连续介质，即把颗粒视作拟流体。
（3）近年来，在研究有化学反应的气粒两相流时，也探讨了诸如颗粒相的连续介质—轨道模型这样的综合方法。
1980—1981年在美国斯坦福大学召开了一个国际会议，对各种湍流模型在工程等温流动中的应用结果进行了评定。
就其通用性，Donaldson提出了湍流模型必须满足以下一些条件：（1）如果待模拟的项是一个张量，则模型在张量的阶数，下标的次序，张量的性质（对称性和迹为零）都和原项相同；（2）量纲上必须相同；（3）满足不变性原则。
模型表达式与坐标系的选择无关，当坐标系作伽利略变换时，模型与待模拟的量按相同的规律变化；（4）模型方程必须满足守恒定律。
在此前提下，气固两相流动的研究方法仍层出不穷，但是仍基于各种特定条件的假设。
本文将给出的模型有：单颗粒动力学模型、颗粒轨道模型、随机轨道模型多流体模型等。
1 气固两相流的流动特点1.1流动的特点1)流动类型—根据以下特征时间的比值组成的相似准则的量级判断流动的特征时间有:流动时间（停留时间）扩散驰豫时间平均运动驰豫时间流体脉动时间颗粒间碰撞时间其中vdvv ppp/ Re-=当1/<<frlττ时，为无滑移流（平衡流）；当1/>>frlττ时，为强滑移底（冻结流）；当1/>>Trττ时，为扩散—冻结流；当1/<<Trττ时，为扩散—平衡流；当1/<<prlττ时，为稀疏悬浮流；当1/>>prlττ时，为稠密悬浮流。
Fluent多相流模型选择与设定(优选.)
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。
多相流动的基本理论
多相流体动力学
小滑移连续介质模型 （Soo-drew Slip Model)
•基本假设：
• 颗粒群看作连续介质，不同尺寸组代表不同相； • 各组尺寸颗粒群速度不等于当地的流体相速度， 各颗粒相之间的速度亦不相等，即各颗粒相间、 与流体相间有相对速度； • 相间的相互作用类似于流体混合物中各种组分 之间的相互作用，颗粒相和流体相间的阻力忽 略不计； • 颗粒的运动是由流体的运动而引起的，颗粒相 的滑移是由于颗粒相对于多相流整体的湍流扩 散所致，故这种小滑移也称为湍流飘移; • 多相混合物整体与各相之间的关系，仍类似于 多组分流体混合物和各流体组分间的关系. 多相流体动力学
多相流体动力学
模型小结
•各种不同的气固两相流动模型，从不同的角度对 真实的气固两相流动过程做了近似和简化，因而具 有不同的适用范围。 •对稀疏多相流动中固体颗粒，液体颗粒以及气泡 运动的计算方法，Loth[159]做过较为详细的介绍和 分类。一般情况下可通过判断颗粒相对浓度和相间 滑移量的大小来选择合适的模型。
非线性 k
依靠理论与经验的接合，引进一 Reynolds应力模型（RSM） 系列模型假设，从而建立一组描 写湍流平均量的方程组。
代数应力模型（ASM） FLT模型
SSG模型
多相流体动力学
湍流模式理论局限性
对经验数据的依赖性; 将脉动运动的全部细节一律抹平从 而丢失大量重要信息;
目前各种模型，都只能适用于解决 一种或者几种特定的湍流运动。
多相流体动力学
双流体模型
• 气相牛顿粘性应力方程
g
ij
g j 1 gi 1 gk 2 g g ( ( ) ) 2 x j xi 3 xk
固相的应力张量
多相流动的模拟与控制
多相流动的模拟与控制随着技术的不断进步，现代工业不断涌现出各种复杂的多相流动系统，这些系统广泛应用于能源、生物医学等诸多领域。
多相流动系统是指在流动过程中同时存在液体、气体、固体或者两个不同的液体之间的相互作用。
由于其存在多种相互作用，使用传统流体动力学模型难以描述和预测多相流动系统的行为。
为了更好地控制和设计这些多相流动系统，研究人员借鉴计算机领域的虚拟现实技术，基于现有的计算流体力学技术，开发了多相流动的模拟与控制技术。
多相流动的数学模型多相流动系统的数学模型是通过描述液体、气体、固体之间的相互作用和相互运动来实现的。
多相流动系统的主要物理参数包括物体大小和形状、流体性质、流动速度、压力、温度和密度等。
基于液-气和液-液的多相流模型，现有的多相流动数学模型主要有两种，分别为欧拉模型和拉格朗日模型。
欧拉模型：欧拉模型是一种连续介质模型，它假设物质是连续的并且具有自己的基本属性。
该模型通过应用牛顿第二定律，来描述物质的运动状态，该定律反映的是物质加速度与作用力之间的关系。
这种模型的优点是适用范围广和计算效率高，因此在工业应用中应用广泛。
然而，欧拉模型忽略了单个粒子的行为，不能精确地描述复杂的多相流动系统。
拉格朗日模型：拉格朗日模型是一种离散介质模型，它以悬浮颗粒的行为为基础，描述了在流体中运动的颗粒的运动轨迹和相互作用。
在拉格朗日模型中，微小的颗粒单独被跟踪，并通过求解牛顿第二定律来计算其运动所受到的力。
该模型的优点是能够准确地预测颗粒间的相互作用、运动和沉降，但由于需要追踪每个颗粒的运动轨迹，所以计算量非常大。
多相流动的仿真技术在多相流动仿真技术中，计算流体力学（CFD）是应用最广泛的数值模拟方法之一。
CFD是利用计算机模拟、解析流体的运动状态、压力分布、速度分布、涡量和湍流等流场现象的计算方法。
在多相流动仿真中，CFD技术模拟不同流体的相互作用过程，同时考虑多相流动系统内的速度，流量和压力等参数。
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多相流模型经验谈多相流的介绍：Currentlytherearetwoapproachesforthenumericalcalculationofmultiphaseflows:theEuler-La grangeapproachandtheEuler-Eulerapproach.TheEuler-LagrangeApproach:TheLagrangiandiscretephasemodelinFLUENTfollowstheEuler-Lagr angeapproach,thisapproachisinappropriateforthemodelingofliquid-liquidmixtures,fluidizedbeds,oranyapplicationwhMIteration,theparticlesourcetermsarerecalculated.LengthScale:controlstheintegrationtimestepsizeusedtointegratetheequationsofmotionfort heparticle.Asmaller valuefortheLengthScaleincreasestheaccuracyofthetrajectoryandheat/masstransfercalculat ionsforthediscretephase.LengthScalefactor:AlargervaluefortheStepLengthFactordecreasesthediscretephaseintegrat iontimestep.颗粒积分方法：numerics叶中trackingscheme选项1）implicitusesanimplicitEulerintegrationofEquation23.2-1whichisunconditionallystablefor allparticlerelaxationtimes.2）trapezoidalusesasemi-implicittrapezoidalintegration.（梯形积分）3）analyticusesananalyticalintegrationofEquation23.2-1wheretheforcesareheldconstantdurin gtheintegration.4）runge-kuttafacilitatesa5thorderRungeKuttaschemederivedbyCashandKarp[47]. Youcaneitherchooseasingletrackingscheme,orswitchbetweenhigherorderandlowerordertracki ngschemesusingan12FluidFlowTimeSteptoinjecttheparticles,orwhetheryoupreferaParticleTimeStepSizeindepend entofthefluidflowtimestep.Withthelatteroption,youcanusetheDiscretePhaseModelincombinationwithchangesin thetimestepforthecontinuousequations,asitisdonewhenusingadaptiveflowtimestepping.随机轨道模型的参数：numberoftries:AninputofzerotellsFLUENTtocomputetheparticletrajectorybasedonthemeancon tinuousphasevelocityfield(Equation23.2-1),ignoringtheeffectsofturbulenceontheparticletrajectories.Aninput of1orgreatertellsFLUENTtoincludeturbulentvelocityfluctuationsintheparticleforcebalanceasinEquation23.2 -20.Ifyouwantthecharacteristiclifetimeoftheeddytoberandom(Equation23.2-32),enabletheRando mEddyLifetimeoption.YouwillgenerallynotneedtochangetheTimeScaleConstant(CLinEquation23.2-23)fromitsdefaul tvalueof0.15,unlessyouareusingtheReynoldsStressturbulencemodel(RSM),inwhichcaseavalueof0.3isrecomm ended.液滴颗粒碰撞与破碎碰撞：破碎：有两种模型，TAB模型适合低韦伯数射流雾化以及低速射流进入标态空气中的情况。
对韦伯数大于对于TAB对于Y燃烧（1的运动、选项，过程.析出定律（不可选）。
l位置：在X-,Y-,andZ-Position文本框区可以设定射流的沿直角坐标的三向位置（在三维情况下才会有Z-Position出现）l速度：在X-,Y-,andZ-Velocity文本框区可以设定射流初始速度沿直角坐标的三向分量（在三维情况下才会有Z-Velocity出现）l轴的方向（仅适用于三维）：设定确定喷嘴轴线方向的三个分量，在X-Axis,Y-Axis,andZ-Axis 区设定。
l温度：在Temperature区可设定喷射颗粒流的初始颗粒（绝对）温度。
l质量流率：可在FlowRate区设定喷嘴的的颗粒质量流量。
l射流持续时间：对于非稳态颗粒跟踪计算（请参阅19.8节），在StartTime和StopTime区设定喷射的开始于结束时间。
l蒸气压：设定控制通过喷嘴内部流动的蒸气压（表19.4.1中的pv），在VaporPressure区设定。
l直径：设定喷嘴直径（表19.4.1中的d），在InjectorInnerDiam.区设定。
l喷嘴长度：设定喷嘴的长度（表19.4.1中的L），在OrificeLength区设定。
l内台阶角半径（导角半径）：设定喷嘴内台阶处的导角半径（表19.4.1中的r），在Corner RadiusofCurv.区设定。
l喷嘴参数：设定射流角修正系数（方程19.4-16中的CA），在ConstantA区设定。
{CA=3+L/3.6/d,喷射角度的大小强烈依赖于喷嘴的内部流动。
因此，对于空穴喷嘴，用户设定的CA值应该比单相流的要小才可以。
CA的常见取值范围为4.0～6.0。
返流喷嘴的喷射角度更小}l方位角：设定三维情况下的喷嘴方位开始角与结束角，在）。
这lll中的ln （ηb/η{ln（ηl在ll区设定。
ll中的ln （ηb/η0）），在SheetConstant区设定。
l线状液膜直径：对于短波，确定液膜破碎波长与线状液膜半径之间的线形比例关系的比例常数，在LigamentConstant区设定。
{whereCL,ortheligamentconstant,isequalto0.5bydefault.}平板扇叶雾化喷嘴的点属性设定(液体从宽而薄的喷口出来后形成平面液膜，继而破碎成液滴。
只有在三维的情况下才可以使用这个模型)区设定。
l垂直方向：设定垂直扇叶的向量的各个分量，在X-FanNormalVector,Y-FanNormalVector,andZ-FanNormalVector区设定。
l温度：设定颗粒流的温度，在Temperature区设定。
l质量流量：设定喷嘴的质量流量，在FlowRate区设定。
l射流持续时间：对于非稳态颗粒跟踪计算（请参阅19.8节），在StartTime和StopTime区设定喷射的开始于结束时间。
l射流角：在SprayHalfAngle区下设定射流喷射半角。
l喷口宽度：设定喷口垂直方向的宽度，在OrificeWidth区设定。
l液膜破碎常数：设定确定液膜破碎时形成的线状液膜长度的一个经验常数（请参阅方程19.4-30的ln（ηb/η0）），在FlatFanSheetConstant区设定。
气泡雾化喷嘴的点属性设定(，液体中混合了过热液体或者类似的介质。
当挥发性液体从喷口喷出时，迅速发生相变。
相变使流体迅速以很大的分散角破碎成小液滴。
此模型也适用于热流体射流。
)x），在lllIfthenstead.auser-definedfunctioncanbeused.加快收敛求解策略Youcanincreasethesizeofthetimestepafterperformingafewtimesteps.Forsteadysolutionsitis recommendedthatyoustartwithasmallunder-relaxationfactorforthevolumefraction,Anotheroptionistostartwi thamixturemultiphasecalculation,andthenswitchtotheEulerianmultiphasemodel.VOF模型界面之间的scalar梯度不要太大界面插值：therearefourschemeforinterfaceinterpolation:geometricreconstruction,donor-acceceptor, eulerexplicit,inexplicit,Thegeometricreconstructionschemerepresentstheinterfacebetweenfluidsusingap iecewise-linearapproach. InFLUENTthisschemeisthemostaccurateandisapplicableforgeneralunstructuredmeshes.thedon or-acceptorschemecanbeusedonlywithquadrilateralorhexahedralmeshes.Theimplicitschemecanbeusedforbothtime-d ependentandsteady-statecalculations.Eulermodel中的附加作用力的多Multiphaseturbulencemodelingtypicallyinvolvestwoequationmodelsthatarebasedonsingle-ph asemodelsandoftencannotaccuratelycapturetheunderlyingflowphysics.therearetwooptionsforRsmmodel,mixture anddispersedturbulencemodel.WetSteamModel通用多相流模型的输入：1)vofmodelnumberofphases:VOFformulation:1)Time-dependentwiththegeometricreconstructioninterpolationscheme:This formulationshouldbeusedwheneveryouareinterestedinthetime-accuratetransientbehavioroftheVOFsolution.2)Time-de pendentwiththedonor-acceptorinterpolationscheme:Thisformulationshouldbeusedinsteadofthetime-depende ntformulationwiththe geometricreconstructionschemeifyourmeshcontainshighlytwistedhexahedralcells.Forsuchca ses,thedonor-acceptorschememayprovidemoreaccurateresults.3)Time-dependentwiththeEulerexplicitinterpolation scheme:Sincethe donoracceptorschemeisavailableonlyforquadrilateralandhexahedralmeshes,itcannotbeusedfation.ForVOFcalculations,youshouldalsoturnontheSpecifiedOperatingDensityoptionintheOperatingCondi tionspanel,andsettheOperatingDensitytobethedensityofthelightestphase.Ifanyofthephasesiscompressible,setth eOperatingDensitytozero.ModelingOpenChannelFlows:FLUENTcanmodeltheeffectsofopenchannelflow(e.g.,rivers,dams,a ndsurfacepiercingstructuresinunboundedstream)usingtheVOFformulationandtheopenchannelboundarycondition. thestepstoopenopenchannelflowsare:1.Turnongravity2.EnablethevolumeoffluidmodelandselectOpenChannelFlow. boundaryconditionssettingforopenchannelflow:1)DeterminingtheFreeSurfaceLevel(ylocal)W ecansimplycalculatethefreesurfacelevelintwosteps:1.Determinetheabsolutevalueofheightfromthefreesurfaceto theorigininthedirectionofgravity.2.Applythecorrectsignbasedonwhetherthefreesurfacelevelisaboveorbel owtheorigin.Iftheiftheliquid'sfreesurfacelevelliesbelowtheorigin,thentheFreeSurfaceLevelisnegative.2)D eterminingtheBottomLevel(ybottom):Wecansimplycalculatethebottomlevelintwosteps:1.Determinetheabsoluteval2.Specifyingthetopboundaryasthepressureoutletcansometimesleadtoadivergentsolution.Thi smaybeduetothe cornersingularityatthepressureboundaryintheairregionorduetotheinabilitytospecifylocal flowdirectioncorrectlyiftheairentersthroughthetoplocally.3.Onlytheheavierphaseshouldbeselectedasthesecondaryphase.4.Inthecaseofthree-phaseflows,onlyonesecondaryphaseisallowedtoenterthroughoneinletgro up.Thatmeans,themixedinflowofdifferentsecondaryphasesisnotallowed.DefiningPhasesfortheVOFModel:1)Ingeneral,youcanspecifytheprimaryandsecondaryphaseswhi cheverwayyouprefer.Itisagoodidea,especiallyinmorecomplicatedproblems,toconsiderhowyourchoicewillaffectth eeaseofproblemsetup.Forexample,ifyouareplanningtopatchaninitialvolumefractionof1foronephaseinaporti onofthedomain,itmaybemoreconvenienttomakethatphaseasecondaryphase.Also,ifoneofthephasesisacompressi bleidealgas,it isrecommendedthatyouspecifyitastheprimaryphasetoimprovesolutionstability. IncludingSurfaceTensionandWallAdhesionEffects(SurfacetensioneffectscanbeneglectedifCa》1orWe》1.ForIncludingBodyForces:asabovewhetherornottocomputetheslipvelocities：bydefault,fluentturnonthecomputetheslipvelocities,ifyouare DefiningaHomogeneousMultiphaseFlow,turnoffthecomputeslipvelocities. DefiningaGranularSecondaryPhase: PackingLimitspecifiesthemaximumvolumefractionforthegranularphase.Formonodispersedsphe res,thepackinglimitisabout0.63,whichisthedefaultvalueinFLUENT.Inpolydispersedcases,however,smallersphere scanfillthesmallgapsbetweenlargerspheres,soyoumayneedtoincreasethemaximumpackinglimit.IncludingCavitationEffects:Toenablethecavitationmodel,turnontheCavitationoptionintheM asstabofthePhaseInteractionpanel.youmustsettheVaporizationPressure,theSurfaceTensionCoefficient,andth emassfractionofNonCondensableGas.Whenmultiplespeciesareincludedinoneormoresecondaryphases,ortheheattran sferduetophasechangeneedstobetakenintoaccount,themasstransfermechanismmustbedefinedbeforeturningont heCavitationoption.Itmaybenoted,however,thatforcavitationproblems,atleasttwomasstransfermechanismsaredef ined:1.Masstransferfromliquidtovapor.itSelectmorsi-alexandertousethefluid-fluiddragfunction.TheMorsiandAlexandermodelisthemo stcomplete,adjusting thefunctiondefinitionfrequentlyoveralargerangeofReynoldsnumbers,butcalculationswithth ismodelmaybelessstablethanwiththeothermodels.Selectsymmetrictousethefluid-fluiddragfunction.Thesymmetricmodelisrecommendedforflows inwhichthesecondary(dispersed)phaseinoneregionofthedomainbecomestheprimary(continuous)phaseinanother.For example,ifairisinjectedintothebottomofacontainerfilledhalfwaywithwater,theairisthedispersedphaseinth ebottomhalfofthecontainer;inthetophalfofthecontainer,theairisthecontinuousphase.Selectwen-yutousethefluid-soliddragfunction.TheWenandYumodelisapplicablefordilutephas eflows,inwhich thetotalsecondaryphasevolumefractionissignificantlylowerthanthatoftheprimaryphase. Selectgidaspowtousethefluid-soliddragfunction.TheGidaspowmodelisrecommendedfordensefl uidizedbeds.Selectsyamlal-obrientousethefluid-soliddragfunction.TheSyamlal-O'Brienmodelisrecommen dedforuseinconjunctionulteffect.sesimulationsnotinvolvingagranularphase.3)noneallowsyoutoignoretheeffectsofheattransferbetweenthetwophases theturbulenceineulermodel湍流模型中包含包含源项（IncludingSourceterms）:默认情形，相间动量，κ、ε源项不包含在计算中---Inmostcasesthesetermscanbeneglected。