多相流数值模拟报告
多相混输泵的数值模拟及与实验结果对比
计 算 模 型
１ ．多相 混输泵 及 其设计 参数
笔 者研 究 的样机 总体 结构 如 图 １ 所示 。该 泵主
图 １ 多 相 混 输 泵 结 构 示 意 图
１ 花键套 ；２、１ ０形密封 圈；３ ７ 一泵座 ；４ 一泵轴 ；５ 扶正套 ；６ 泵座轴套 ；７ 一调整套筒 ；８ 均化器 ；９、１ 一摩擦 一 １
１ ，要求 在进 口含气体 积分数 （ Ｖ ） 达到 ４ ％ ０级 ＧＦ ０ 时 ，最 高效 率点 的效率 不小于 ０４７。 ．＿ Ｊ ２ ．数值 建模 与 网格划分 限于 计算 机 的硬件水 平 ，笔者 的计 算模 型 只选
￥ 基金项 目：国家高技 术研究发展计划 （６ ）项 目 “ ８３ 浅水 区井下油气混抽装置技术研 究” （ ０ ７ Ａ ９ ３８ 和 ２ ０ ２０Ａ ０Ｚ １） ０ ５年度 中国石油天 然气股份有限公司科技风险创新基金项 目 （５ ５ １ ０ ０ １ —６— 。 ２）
（ 中国石油 大学 （ 东）机 电工程学院） 华
摘要
采 用数 值分 析方 法对 多相 混输 泵 的 内部 流 场 及 相 应 的运 行 特 性进 行 了全 面研 究 ，建 立
了较 为完善 的计算 流体 动力 学分 析模 型 。计算 过 程采 用 非 结构 化 网格 ，在 三 维 时均 ＾． 程 的基 Ｌ ｓ方 础 上 ，应用标 准 ， 方程对 混 输泵 内部 三维 湍 流 流 动进 行 了数值 模 拟 。利 用 数值 模 拟 的结 果 分析 ｃ — 了气液 两相在 泵 内的流 动状 况 ，并对模 拟 结果 和 实 验结 果 进 行 了对 比。在 设 计 工 况 时 ，数 值 计 算 得 到 的外特 性与 实验值 吻合 。远 离设 计工 况 时 ，预测 的准 确 性 下 降，尤 其 在 小 流量 工 况 下差 别 较
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。
多相流动的基础知识和数值模拟方法
多相流动的基础知识和数值模拟方法多相流动是指在同一空间中存在两种及以上物质的流动现象。
在工程领域中，多相流动具有广泛应用，如化工反应器中的气液流动、石油勘探中的油水混合流动等。
本文将介绍多相流动的基础知识，并探讨一些常用的数值模拟方法。
一、多相流动的分类多相流动可以根据不同的分类标准进行分类，常见的分类方法包括：1.根据组分：固液流动、气液流动、固气流动等；2.根据速度：稳定流动、不稳定流动、湍流等；3.根据形态：离散相、连续相、两相界面等。
二、多相流动的基础知识1.多相流动的基本方程多相流动的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。
在连续性方程中，考虑到多相流动中各相的质量守恒关系；在动量方程中，引入各相之间的相互作用力和速度差等因素；在能量方程中，考虑到各相之间的相变、传热等现象。
2.多相流动的相互作用多相流动中的不同相之间存在相互作用力，如液固两相之间的颗粒间碰撞力、气液两相之间的表面张力等。
这些相互作用力对多相流动的行为和特性具有重要影响。
3.多相流动的模型为了更好地描述多相流动的行为，研究者们提出了多种多相流动模型，如两流体模型、Eulerian-Eulerian模型和Eulerian-Lagrangian模型等。
不同的模型适用于不同的多相流动情况，选择合适的模型对于准确描述多相流动至关重要。
三、多相流动的数值模拟方法数值模拟是研究多相流动的重要手段之一，常用的数值模拟方法包括：1.有限体积法有限体积法是常用的求解多相流动的数值方法之一，它将流动域划分为网格单元，通过离散化各个方程，利用差分格式求解模拟区域内的物理量。
2.多尺度方法多尺度方法考虑到多相流动中存在不同尺度的现象和作用力，通过将流动域划分为不同的区域进行求解，以更好地描述多相流动的行为。
常见的多尺度方法有多尺度网格方法和多尺度时间方法。
3.相场方法相场方法是一种常用的描述多相流动界面的方法，它通过引入相场函数来表示相界面，并利用Cahn-Hilliard方程等对相场函数进行求解，从而获得界面位置和形状等信息。
《汾河水库库区水沙两相流数值模拟研究》范文
《汾河水库库区水沙两相流数值模拟研究》篇一一、引言汾河水库位于中国某省份，是一个具有防洪、发电、灌溉等功能的综合利用大型水利工程。
然而，库区的水沙两相流问题一直是影响其正常运作的关键因素之一。
为了更准确地掌握库区水沙运动规律，提高水库的调度管理水平，本文将针对汾河水库库区水沙两相流进行数值模拟研究。
二、研究目的和意义本文的研究目的在于通过对汾河水库库区水沙两相流的数值模拟，分析其运动规律、输移过程以及影响因素，为水库的调度管理提供科学依据。
研究的意义在于提高水库的调度管理水平，保障下游人民生命财产安全，同时为类似水利工程的水沙两相流研究提供参考。
三、研究方法本文采用数值模拟的方法，对汾河水库库区水沙两相流进行模拟研究。
具体方法包括：建立数学模型、选择合适的计算网格、设定初始条件和边界条件、进行数值计算和分析等步骤。
其中，数学模型的建立是关键，需要考虑到水沙两相流的物理特性、运动规律以及影响因素。
四、数学模型和计算方法（一）数学模型水沙两相流的数学模型主要包括流体动力学模型、颗粒动力学模型以及耦合模型等。
本文采用流体动力学模型和颗粒动力学模型相结合的方法，对水沙两相流进行模拟。
其中，流体动力学模型用于描述水的运动规律，颗粒动力学模型用于描述泥沙颗粒的运动规律。
（二）计算方法计算方法主要包括有限元法、有限差分法、离散元法等。
本文采用离散元法进行计算，该方法可以较好地描述水沙两相流的运动过程和颗粒间的相互作用。
在计算过程中，需要选择合适的计算网格，设定初始条件和边界条件，进行迭代计算和分析。
五、结果分析（一）水沙两相流的运动规律通过数值模拟，我们可以得到水沙两相流的运动规律。
在河流中，水流和泥沙颗粒的相互作用会导致水流速度和泥沙颗粒的运动轨迹发生变化。
同时，水流速度的大小和方向也会受到地形、气候等因素的影响。
在库区中，水沙两相流的运动规律也会受到水库的调度管理等因素的影响。
（二）输移过程及影响因素水沙两相流的输移过程主要受到水流速度、泥沙颗粒粒径、密度、地形等因素的影响。
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。
电弧炉用氧技术的多相流数值模拟研究
睾 能 程 热 工
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工加 ４ ２１第 期 业 热第０ ０年 １ 卷１
电弧炉用氧技术 的多相流数值 模拟研究
李 桂 海， 何 春 来 ， 朱 荣 ， 董 凯
（ｃｏ ｌ ｆ ｔｌｒ ｉ ｌ ｎ ｃｌｇｃｌ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｕ ｉｅｓｙｏ ｉｎｅａｄＴ ｃｎ ｌｇ ｅ ｉｇ ｅ ｉｇ １０ ８ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｏ ａｌ ｇｃ ｄＥ ｏｏ ｉ ｇｎ ｒ ｇ ｎｖ ｒｉ ｆ ｃｅｃ ｅｈ ｏｏ ｙＢ ｉｎ ，Ｂ ｉｎ ０ ３ ｈｎ ） Ｍｅ ｕ ａ ａ ａＥ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｎ ｊ ｊ ０
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｔ ｅ ｔ ａ ｄ ｌ ａ ｅ ｎ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｔ ｎ ｌ ｚ ｈ ａ ｓ ｎ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｎ ｒ ｅｐ ａ ｅ ｆ ｗ ｅ １ ０ ｔ ｍａ ｈ ｍａ ｉ ｌ ｃ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｅ ｅｏ ｅ ａ ａｙ ｅｔ ｅｔ ｎ ｉ ｔ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｄｔ ｅ — ｈ ｓ ｌ ｉ ｔ ＥＡＦ ｕ ｉｇ ｈ ｂ ｏ ｒ ｅ ｔ ａ ｈ ｏ ｎｈ ５ ｓｎ
中 图 分 类 号 ：Ｔ ７ １ Ｆ ４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ —６ ９２ １）１０ ２ —５ ０ ２ １３ （０ １０ —０ ３０
多相流数值模拟一
CHMLTECH501Computational Fluid Dynamics Introduction to Modeling Multiphase FlowsA large number offlows encountered in chemical engineering are a mixture of phases.Phys-ical phases of matter are gas,liquid,and solid,but the concept of phase in a multiphase flow system is applied in a broader sense.In multiphaseflow,a phase can be defined as an identifiable class of material that has a particular inertial response to and interaction with theflow and the potentialfield in which it is immersed.For example,different-sized solid particle of the same material can be treated as different phases because each collection of particles with the same size will have a similar dynamical response to theflowfield. Multiphase Flow RegimeMultiphaseflow can be classified by the following regimes,grouped into four categories:•gas-liquid or liquid-liquidflows–bubblyflow:discrete gaseous orfluid bubbles in a continuousfluid.–dropletflow:discretefluid droplets in a continuous gas.–slugflow:large bubbles in a continuousfluid.–stratified/free-surfaceflow:immisciblefluids separated by a clearly-defined in-terface.•gas-solidflows–particle-ladenflow:discrete solid particles in a continuous gas–pneumatic transport:flow pattern depends on factors such as solid loading, Reynolds numbers,and particle properties.Typical patterns are duneflow,slugflow,packed beds,and homogeneousflow.–fluidized beds:consists of a vertical cylinder containing particles where gas is introduced through a distributor.The gas rising through the bed suspends theparticles.Depending on the gasflow rate,bubbles appear and rise through thebed,intensifying the mixing within the bed.•liquid-solidflows–slurryflow:transport of particles in liquids.the fundamental behavior of liquid-solidflows varies with the properties of the solid particles relative to those ofthe liquid.In slurryflows,the Stokes number(St=τd/t s)is normally less than1.When the Stokes number is larger than1,the characteristic of theflow isliquid-solidfluidization.–hydrotransport:densely-distributed solid particles in a continuous liquid.–sedimentation:a tall column initially containing a uniform dispersed mixture of particles.At the bottom,the particles will slow down and form a sludge layer.At the top,a clear interface will appear,and in the middle a constant settlingzone will exist.•three-phaseflows,e.g.gas-liquid-solidflows.1Each of theseflow regimes is illustrated in Figure(1).Figure1:Multiphase Flow Regimes.2Examples of Multiphase SystemsSpecific examples of each regime are listed below:•Bubblyflow examples:absorbers,aeration,air lift pumps,cavitation,evaporators,flotation,scrubbers•Dropletflow examples:absorbers,atomizers,combustors,cryogenic pumping,dryers, evaporation,gas cooling,scrubbers•Slugflow examples:large bubble motion in pipes or tanks.•Stratified/free-surfaceflow examples:sloshing in offshore separator devices,boiling and condensation in nuclear reactors•Particle-ladenflow examples:cyclone separators,air classifiers,dust collectors,and dust-laden environmentalflows•Pneumatic transport examples:transport of cement,grains,and metal powders •Fluidized bed examples:fluidized bed reactors,circulatingfluidized beds•Slurryflow examples:slurry transport,mineral processing•Hydrotransport examples:mineral processing,biomedical and physiochemicalfluid systems•Sedimentation examples:mineral processing3APPROACHES TO MULTIPHASE MODELINGAdvances in computationalfluid mechanics have provided the basis for further insight into the dynamics of multiphaseflows.Currently there are two approaches for the numerical cal-culation of multiphaseflows:the Euler-Langrange approach and the Euler-Euler approach. The Euler-Lagrange ApproachThe Lagrangian discrete phase model(in FLuent)follows the Euler-Langrange approach. Thefluid phase is treated as a continuum by solving the time-averaged Navier-Stokes equa-tions,while the dispersed phase is solved by tracking a large number of particles,bubbles, or droplets through the calculatedflowfield.The dispersed phase can exchange momentum, mass,and energy with thefluid phase.A fundamental assumption made in this model is that the dispersed second phase occu-pies a low volume fraction,even though high mass loading(m particles m fluid)is acceptable. The particle or droplet trajectories are computed individually at specified intervals during thefluid phase calculation.This makes the model appropriate for the modeling of spray dryers,coal and liquid combustion,and some particle-ladenflows,but inappropriate for the modeling of liquid-liquid mixtures,fluidized beds,or any application where the volume fraction of the second phase is not negligible.The Euler-Euler ApproachIn the Euler-Euler approach,the different phases are treated mathematically as interpene-trating continua.Since the volume of a phase cannot be occupied by the other phases,the concept of phasic volume fraction is introduced.These volume fractions are assumed to be continuous functions of space and time and their sum is equal to one.Conservation equa-tions for each phase are derived to obtain a set of equations,which have similar structure for all phases.These equations are closed by providing constitutive relations that are obtained from empirical information,or,in the case of granularflows,by application of kinetic energy.Three different Euler-Euler multiphase models(are available in FLUENT):the volume offluid(VOF),the mixture model,and Eulerian model.The VOF ModelThe VOF model is a surface-tracking technique applied to afixed Eulerian mesh.It is designed for two or more immisciblefluids where the position of the interface between the fluids is of interest.In the VOF model,a single set of momentum equations is shared by thefluids,and the volume fraction of each of thefluids in each computational cell is tracked throughout the domain.Applications of the VOF model include stratifiedflows,free-surface flows,filling,sloshing,the motion of large bubbles in a liquid,the motion of liquid after a dam break,the prediction of jet breakup(surface tension),and the steady or transient tracking of any liquid-gas interface.The Mixture ModelThe mixture model is designed for two or more phases(fluid or particulate).As in the Eulerian model,the phases are treated as interpenetrating continua.The mixture model solves for the mixture momentum equation and prescribes relative velocities to describe the dispersed phases.Applications of the mixture model include particle-ladenflows with low loading,bubblyflows,sedimentation,and cyclone separators.The mixture model can also4be used without relative velocities for the dispersed phases to model homogeneous multi-phaseflow.The Eulerian ModelThe Eulerian model is the most complex of the multiphase models(in FLUENT).It solves a set of n momentum and continuity equations for each phase.Coupling is achieved through the pressure and interphase exchange coefficients.The manner in which this coupling is handled depends upon the type of phases involved;granularflows,the properties are obtained from application of kinetic theory.Momentum exchange between the phases is also dependent upon the type of mixture being modeled.(FLUENT’s user-defined functions allow you to customize the calculation of the momentum exchange).Applications of the Eulerian mutiphase model include bubble columns,risers,particle suspension,andfluidized beds.5。
多相流热动力学基础(数值模拟)
两相流动力学的数理模型一、均相流动模型均相流动模型就是把气液两相混合物看作一种均匀介质，这种介质具有均一的流动参数，其物理特性参数取两相介质相应参数的平均值。
因此可按单相介质处理均相流模型的流体力学问题。
由于这种模型回避了相之间的相互作用，对非均匀混合的情况误差较大。
使用均相流模型对于泡状流（尤其是沫状流和雾状流）具有较高的精确性；对于弹状流和块状流需要进行时间平均修正；对于分层流、波状流和环状流，则误差较大。
均流模型的基本假设是：①气液两相流的实际流动速度相等；②两相介质间处于热力学平衡状态，压力、密度等互为单值函数；③在计算摩擦阻力和压力损失时使用单相介质阻力系数。
由上述假设可知：u u u l g ＝＝，滑动比1g l s u u =＝，真实含气率与体积含气率相等αβ=，真实密度与流动密度相等()ρρ'=。
对于稳定的一维均相流动，其基本方程有 １、连续性方程根据质量守恒原理，可得Ｍ＝＝常数uA ρ （1） ２、动量方程在一维流场中任取一长为dz 的微小流段，其直径为Ｄ，过流断面面积为Ａ，如图一所示，现沿流动方向建立动量方程。
图一 均相流动模型作用在微小流段上的质量力只有重力，其沿ｚ方向的分力为θρ-sin gAdz ； 作用在微小流段上的表面力有压力A )dp p (pA +-和切向力dF -。
由动量定律，可得如下动量方程：Mdu sin gAdz dF Adp ＝θρ--- (2) 或写成AdzMdu sin g AdzdF dz dp +θρ+-＝(3)３、能量方程利用工程流体力学中的热焓形式能量方程di )2u(d )sin gz (d dwdw dq 2f ++θ++＝ (4)根据热力学第一定律dp pd de )p (d de di υ+υ+υ+＝＝υ+=pd de dq 故 di ＝dp dq υ+ 由此可得dw )2u(d dz sin g dwdp 2f ++θ+υ-＝ (5)式中：dq ──单位质量流体吸收的热量，包括由外界直接吸收的热量和由机械能散失转变 成的热量；dw ──单位质量流体对外所作的功；f dw ──单位质量流体由于摩擦而散失的机械能； di ──单位质量流体焓的增量； de ──单位质量流体内能的增量； υ──两相混合物的比容，υ＝ρ1。
硫铁矿沸腾焙烧炉多相流动反应特性的数值模拟
硫铁矿沸腾焙烧炉多相流动反应特性的数值模拟穆玺文;缪海山;薛绍秀;韩志明;曾伟;焦璐璐;张浩;余艾冰【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2024(23)3【摘要】采用双流体方法对硫铁矿在沸腾焙烧炉内的多相流动反应特性进行数值模拟研究,得到了不同工况下炉内温度分布、各组分分布及反应速率等关键数据,重点分析了进气速度和预热风温对反应速率的影响规律.结果表明:当进气速度由2m/s增至2.5 m/s时,沸腾焙烧炉内焙烧硫铁矿的反应速率由8.01mmol/(m^(3)·s)增至13 mmol/(m^(3)·s),同时流化床层厚度会随着进气速度的增加而增大,但过高的气速有可能致使固相扰动SO2的收集工序,因此建议将进气速度调整至2.5 m/s;预热风温对提高沸腾焙烧炉内硫铁矿的反应速率起促进作用,当预热风温由25℃升至600℃时,炉内平均温度升高,反应速率由4.1 mmol/(m^(3)·s)增至6.3 mmol/(m^(3)·s),反应进行得更完全,残硫率也更低;当预热风温到达600℃时,炉内局部区域超过1000℃,极易造成安全隐患,因此建议将预热风温设置在200~300℃.【总页数】8页(P218-225)【作者】穆玺文;缪海山;薛绍秀;韩志明;曾伟;焦璐璐;张浩;余艾冰【作者单位】东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室;东北大学冶金学院;瓮福(集团)有限责任公司瓮福化工公司;东南大学能源与环境学院;江苏集萃工业过程模拟与优化研究所有限公司【正文语种】中文【中图分类】TF806.11【相关文献】1.同心反切燃烧器系统炉内多相流动特性试验及数值模拟2.渣油加氢沸腾床的多相流流动特性模拟3.球团竖炉气固流动与焙烧过程耦合的三维数值模拟4.催化裂解反应器内的多相反应流动数值模拟5.基于DPM的悬浮磁化焙烧主炉气固流动传热数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多相流的数值模拟
颗粒轨道模型
连续流体相的质量守恒方程：
t xj
vj nkmk
n
k
、m k
分别为第k中颗粒的数密度和单个颗粒重量，m k
dmk dt
；
第k组颗粒的连续方程： k t xj
kvkj
nk mk
k nkmk 为k相颗粒的表现密度；
优点： 为数值模拟气-液两相流这种复杂的流体动力学问题提供了一
种有效途径(启发FLIC方法和VOF方法)。 缺点： 需要对计算区域内每一个空间位置上的流体质点进行跟踪，计
m pd dv tp pi F diF vm iFpiF BiF M iF si
颗粒运动的阻力
Basset力
Saffman力
附加质量力
压力剃度力
Magnus力
简化后的单颗粒运动方程：
dvi dtk
vi
vki /rk
gi
适用：流场中一相须是弥散于连续介质中的独立的颗粒、气泡或液滴。 适用模型：处理稀疏的气-固两相流或弥散的气-液，液-液两相流问题。
Q k 为各组颗粒与连续相流体之间的对流换热；q r 为连续流体相的 辐射热； S 连续流体相中第s组分的反应率。
第k组颗粒的能量方程：
、 表示单位体积中连续流体相与颗粒相由于变质量造 成的热量源。
13
颗粒轨道模型 优点： 计算简单，节省存储空间和运算时间 当由弥散颗粒由比较复杂的变化经历时，可较好的追踪 颗粒的运动 缺点：
7
连续介质力学模型 欧拉—拉格朗日类模型 特点：连续相的介质的运动由经典的Navier-Stokes方程控制， 而分散相的运动则由独立的动量方程控制。 适用范围：用于解决由连续相（气体或者液体）和分散相（如 液滴或气泡）组成的弥散多相流动体系。
封闭空腔中多相流振荡传热特性的数值模拟
ｗａ ｓ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ＣＦＤ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｍｅ ｓ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｏ ｆ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ （ Ｖ ＯＦ） ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｏ ｋ ｅ ｏ ｆ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｌ ｌ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
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意义。
CFD多相流模型报告
多相流模型使用
一．步骤
1.设置的网格在空气与水的交界面上网格密一些，外部疏一些。
2.导入mesh，检验一下，更改单位为mm。
因为温度，速度随时间改变，所以在solver中设置非稳态
3.题目中要用VOF模型
4.选择“湍流”，加realizable k-ε模型计算
5.材料中加水
6.设置两相各自的属性，
7.题目中规定为2atm，所以将大气压改为26250，因为重力不可忽略，故在Y方向上加-9.81的重力
8.设置空气和水的速度入口条件，在多相流选项中将水的multiphase改为1
9.对于过度流动计算用PISO算法计算，允许使用大的时间步长，选择QUICK可以加深精确度
10.将初始化设为空气进口和水进口
11.设置1000步计算
二．结果展示
1.云图
2.速度矢量图
3.独立性网格检验。
多相流的数值模拟综述
颗粒轨道模型 假设： 颗粒相是离散体系，与连续流体相之间有速度差； 弥散颗粒相无自身的湍流扩散，湍流粘性和湍流导热； 颗粒群按初始尺寸分布分组，每组颗粒在任何时刻都有相同
的的尺寸、速度；
每组颗粒从某一初始位置开始沿着各自独立的轨道运动，互 不干扰，互不碰撞； 颗粒相作用于流体的质量，动量及能量源都以一个等价的量 均匀分布于流体相所在的单元内。
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多相流数值模拟中的常用特殊参数 容积气流率 气相体积流量和两相体积流量之比为体积含气率，又称容 QG / Q QG / QG QL 积气流率，用 表示： 相函数 相函数表示两相流气体(液体)相的体积(在二维空间中，对 应的参数是面积)在局部单个网格区域中所占据的份额。 Level Set函数 Level Set函数是一个高阶空间分布函数，它的零等值面可 被用来指示相界面的位置和形状。 加权参数 为了计算方便和便于进行试验数据拟合，常对多相流的真 实参数进行权重因子的加权。 运动参数 静止参数
多相流的数值模拟
机械设计及理论（3）班 叶圣军 136091321
1
• 本章主要内容
多相流数值模拟的特点
多相流数值模拟中常用的特殊参数 多相流数值模拟方法的分类 连续介质力学模型 其他多相流数值模拟方法 多相流数值模拟中的困难及发展方向
2
• 多相流数值模拟的特点
数值模拟也叫计算机模拟，它以计算机为手段，通过数
mp
dv pi dt p
Fdi Fvmi Fpi FBi FMi Fsi
附加质量力 压力剃度力
颗粒运动的阻力
Basset力
Saffman力 Magnus力
简化后的单颗粒运动方程：
多相流的数值模拟及其在化工领域中的应用
多相流的数值模拟及其在化工领域中的应用随着科学技术的不断发展，多相流的研究和应用越来越广泛。
在化工领域中，多相流模拟已经成为一种不可或缺的工具。
本文将从多相流模拟的基本原理、常用数值方法以及它在化工领域中的具体应用方面进行探讨。
多相流模拟的基本原理多相流指的是两种或两种以上的物质在同一空间中同时存在、相互作用和运动的流动场景。
一般情况下，其中一种物质是流体，另一种物质可以是气体、固体或者液体。
需要指出的是，多相流模拟是一项复杂的任务，因为不同物质间存在多种多样的相互作用。
为了描述不同物质间相互作用的影响，研究者通常使用各种流动参数来描述对流、对流湍流和粘流的影响，例如密度、粘度、流速和能量等。
常用的数值方法对于多相流动的数值模拟，现在已经有了非常成熟的方法，如欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)、欧拉-欧拉(Euler-Euler)和欧拉-格作懦耜觯？例如，欧拉-拉格朗日方法将运动颗粒视为离散的物质，而将连续的流体视为连续的介质。
这种方法通过使用描述颗粒与流体间相互作用的不同模型，可以比较准确地预测颗粒行为。
但是这种方法也存在一些局限性，例如需要较大的计算资源以及模型的不确定性。
而欧拉-欧拉方法则是将连续相视为由不同物质组成的混合物。
欧拉-欧拉方法具有很强的应用性，且通常是基于保守律的守恒原理进行建模。
相对而言，欧拉-格作懦耜觯则是将界面位移视为流体介质的一个附加变量，主要用于描述表面张力产生的影响。
多相流模拟在化工领域中的应用多相流模拟技术在化学工业中的应用非常广泛，其中涉及到了许多重要的技术过程，例如喷雾干燥、气固流化床、结晶等。
喷雾干燥是一种将液态物质喷雾进入热空气中使其蒸发，得到干燥的固态颗粒的过程。
在这个过程中，究竟有多少颗粒剩余或是蒸发还需进行计算。
气固流化床技术是指固态颗粒在液态或气态流体的作用下呈现出流体化现象。
这个技术非常重要，因为它可以使固态物质在密集状态下表现出流体性质。
多相湍流流动基础和数值模拟西安讲学-2
颗粒/液滴燃烧
液滴蒸发/燃烧
煤颗粒燃烧 (1)
G s / G Ys G w d p Nu*D ln( ) G s / G Ysw c p (Tg Tp ) G d p Nu* ln[1 ] cp qw Gcp q w c p (Tg Tp )[exp( ) 1]1 d p Nu* 1 Yw G w d p Nu*D ln( ) 1 Yww
Yww B w exp(E w / RTp )
G v m c [1B v1 exp( E v1 / RTp ) 2 B v 2 exp( E v 2 / RTp )]
dmc m c [B v1 exp(E v1 / RTp ) B v 2 exp(E v 2 / RTp )] dt G co 2 / G Yco 2 G o 2 / G Yo 2 G d p Nu*D ln( ) d p Nu*D ln( ) G co 2 / G Yco 2 w G o 2 / G Yo 2 w
弥散型多相流动的特征时间
流动时间 颗粒脉动 弛豫时间 颗粒平均运动 k / L l //uv 弛豫时间 流体脉动时间 颗粒碰撞时间
f L/v
2 r dp pm /(18 )
Tf
r1 r (1 Re / 6)
2/3 p
1
T l / u k /
气泡的运动-变形和轨道
气泡动力学
gdb 1/ 2 4 ub [ (l g )] 3 l c d
球形气泡 (d<0.1mm)上升速度取决于浮力和阻力的 平衡
ub [
4g
2 2 l cd
(l g )]
液-液多相流微萃取的数值模拟和实验分析
used as the organic phase. The cylindrical auxiliary structure promotes the diffusion of Cu 2+ in the
aqueous phase, and the extraction efficiency was the highest, which can reach more than 90%. The cross-
扩散效率可表征萃取效率。有限元计算得到的扩散效率与实验获取的萃取效率值吻合良好，进一步得出了两相
流场分布等流动特征，以解释不同辅助结构下的扩散效率差异。
关键词：微流控芯片；多相层流；液-液萃取；辅助结构
中图分类号：TH122
文献标志码：A
文章编号：1000-6613 （2019） 05-2085-08
distribution was further obtained, and the difference of diffusion efficiency under different auxiliary
structures was explained.
Keywords: micro-fluidic chip; multiphase laminar flow; liquid-liquid extraction; auxiliary structure
Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(5): 2085-2092.
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化
工
进
展
2019 年第 38 卷
多流体碱雾发生器烟气脱硫气液固多相流动的数值模拟
上海交通大学硕士学位论文多流体碱雾发生器烟气脱硫气液固多相流动的数值模拟姓名：陆云峰申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：周月桂20060220多流体碱雾发生器烟气脱硫气液固多相流动的数值模拟摘要控制火力发电厂二氧化硫排放污染问题是目前国内外环境保护的重点工作之一。
通过分析比较常见的几种半干法烟气脱硫工艺的优缺点，本课题组提出了一种简易紧凑高效的半干法烟气脱硫新技术⎯多流体碱雾发生器烟气脱硫技术。
本文通过试验研究与数值模拟方法对多流体碱雾发生器烟气脱硫内部气液固多相流动、混合与相间相互作用等进行了详细的研究，将为该新型半干法烟气脱硫工艺的优化设计与实际运行提供有力的指导。
首先，利用先进的粒子图像测速仪(PIV)对已建多流体碱雾发生器冷态实验台内部气液固多相流场进行测量。
通过对不同工况的实验数据进一步分析处理，得到了受限空间碱雾筒体内喷嘴雾化射流的流动与卷吸特性，发现通入一定量的边壁风和送粉风时，射流卷吸所需的气体可以得到很好的补充，回流区会明显减小。
其次，为了进一步研究多流体碱雾发生器气液固三相流动，找出碱雾发生器内不同粒径液滴和颗粒的流动规律、液滴颗粒场的浓度分布规律，利用已有的烟气脱硫综合数学模型及计算程序对碱雾发生器内多相流动进行了数值模拟，得到了碱雾发生器内气相、液滴和颗粒的多相流场信息。
结果表明，在喷嘴出口2倍管道直径区域内，由于雾化液滴与固体颗粒存在较大的速度差，有利于固体颗粒的碰撞增湿；随着伴随流风量地增加，雾化筒体内的回流区会不断减小，直至伴随气流流量与雾化水量之比达到一定数值时回流区基本消失。
当加入热烟气时，这种趋势比冷态情况下更为明显。
这些结论对于该新型半干法脱硫工艺的设计及在工程上的应用有一定的指导作用。
考虑到碱雾发生器筒体内，携带脱硫剂颗粒的烟气流与Y型喷嘴雾化射流的相互作用，可归结为同轴气固两相管道流中蒸发喷雾射流流动。
本文最后以多流体碱雾发生器内伴随气固两相流动的蒸发喷雾射流为研究对象，推导并建立了一维分析模型，得到了一些初步的计算结果，可为碱雾发生器的优化研究提供一定的参考。
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右图是典型喷动床结构示意图。柱锥型喷动床内装有相对粗大的颗粒， 气流经由位于圆锥形底部中心处的小孔（喷嘴或孔板）垂直向上射入，形 成一个随气流流速增大而逐渐向上延伸的射流区。当气流速度足够高时，
该射流区将穿透床层在颗粒床层内产生一个迅速穿过床层中心向上运动的
稀相气固流栓（称为喷射区，Spout）。当这些被气体射流夹带而高速向上 运动的粒子穿过环绕其四周缓慢向下移动的颗粒床层（称为环隙区， Annulus）升至高过床层表面的某一高度时，由于气流速度的骤然降低，颗
模拟参数设定
Run Calculation
数值模拟结果分析
t=0.2s
t=0.5s
t=1s
t=2s
t=4s
t=6s
t=8s
t=10s
The End
谢谢观赏
结构化网格(ICEM CFD) 网格数 48754
网格质量0.95以上
边界条件设定
边界条件
入口 出口 壁面条件 收敛残差 两相流模型 速度入口，0.6 m/s 无限远流出口（outflow) 无滑移边界 1e-5 欧拉-欧拉
基本参数
床体直径 100mm
入口直径
气相密度 颗粒密度 颗粒直径 颗粒体积分数
课程报告
喷动床数值模拟
1. 喷动床简介2. 模型及网格划分
3. 边界条件设定
4. 数值模拟结果分析
喷动床简介
喷动床(Spouted bed)流态化技术始于 20 世纪 50 年代，最初是加 拿大国家自然研究院的 Gishler 和Mathur 为干燥小麦等颗粒状农作物而 设计的。随着对喷动床技术研究的逐渐深入，其应用领域不断拓展，目前 己成功应用于粘性大颗粒或粗块状颗粒的表面涂层、涂料及悬浮液的干燥、 粉碎、造粒，煤燃烧和气化，铁矿石还原，油页岩热解，焦炭活化，石油 热裂解等操作过程中。
粒会像喷泉一样因重力而回 落到环隙区表面，从而形成喷泉区(Fountain)。
这些回落的颗粒沿环隙区缓慢向下移动至床层下部，然后又渗入喷射区并 被重新夹带上来，形成极有规律的内循环。这种具有稀相喷射区，密相环 隙区和喷泉区的三区流动结构的流动现象就是喷动现象。
模型及网格划分
为简化计算，将底部柱锥 形改为平底型，如图所示
30mm
1.225kg/m3 2000kg/m3 1mm 0.6
模拟参数设定
General
模拟参数设定
Models
模拟参数设定
Materials
模拟参数设定
Phases
模拟参数设定
Boundary Conditions
模拟参数设定
Solution Methods
模拟参数设定
Solution Initialization