Fluent 多相流选择原则

Fluent 多相流选择原则

分类

1、气液或液液流动

气泡流动：连续流体中存在离散的气泡或液泡

液滴流动：连续相为气相，其它相为液滴

栓塞（泡状）流动：在连续流体中存在尺寸较大的气泡

分层自由流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。

2、气固两相流动

粒子负载流动：连续气体流动中有离散的固体粒子

气力输运：流动模式依赖，如固体载荷、雷诺数和例子属性等。最典型的

模式有沙子的流动，泥浆流，填充床以及各相同性流

流化床：有一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器进入筒内，从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。

3、液固两相流动

泥浆流：流体中的大量颗粒流动。颗粒的stokes数通常小于1。大于1是成为流化了的液固流动。

水力运输：在连续流体中密布着固体颗粒

沉降运动：在有一定高度的盛有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质，随后，流体会出现分层。

4、三相流

以上各种情况的组合多相流动系统的实例

气泡流：抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。

液滴流：抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。

栓塞流：管道或容器中有大尺度气泡的流动

分层流：分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝

负载流：旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动

气力输运：水泥、谷粒和金属粉末的输运

流化床：流化床反应器、循环流化床

泥浆流：泥浆输运、矿物处理

水力输运：矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统

沉降流动：矿物处理。

多相流模型的选择原则

1、基本原则

1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。

2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用混合模型或欧拉模型。

3)对于栓塞流、泡状流，采用VOF模型

4)对于分层自由面流动，采用VOF模型

5) 对于气动输运，均匀流动采用混合模型，粒子流采用欧拉模型。

6) 对于流化床，采用欧拉模型

7)泥浆和水力输运，采用混合模型或欧拉模型。

8)沉降采用欧拉模型

9)对于更一般的，同时包含多种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特种，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特征采用了较好的模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。

2、混合模型和欧拉模型的选择原则VOF模型适合于分层的或自由表面流，而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的体积分数超过10%的情况（小于10% 可使用离散相模型）。

1)如果分散相有宽广的分布（如颗粒的尺寸分布很宽），最好采用混合模型，反之使用欧拉模型。

2)如果相间曳力规律一直，欧拉模型通常比混合模型更精确；若相间曳力规律不明确，最好选用混合模型。

3)如果希望减小计算了，最好选用混合模型，它比欧拉模型少解一部分方程；如果要求精度而不在意计算量，欧拉模型可能是更好的选择。但是要注意，复杂的欧拉模型比混合模型的稳定性差，可能会遇到收敛困难。

选用FLUENT多相流模型的几个要点。多相流的计算，首先是要对要研究的问题要有一个比较详细的了解。你对模拟过程了解多少，可能的结果是什么。可以想象一下你模拟的过程，你想要得到的结果侧重点在哪里，等等。然后根据问题选择不同的多相流模型。由于不同的模型适合不同的模型，因此首先要对FLUENT各个多相模型有一明确的概念。你如何简化问题另外，网格的划分很重要。尽量采用简单的网格。网格的疏密程度，那些地方要细，那些地方可以疏些，等等。好的前处理对获得快速收敛的解非常非常重要！

关于FLUENT不同多相流模型的选择和比较：

1) 对DPM模型，采用的是Lagraian-Eulerian方法。粒子的运动是按Lagrarian方法，连续流体的计算是按Eulerian方法。DPM可以跟踪单独粒子的运动轨迹。但该方法不考虑粒子对连续流体运动的影响，所以只适用于粒子体积占总体积不大于10%的情况。

2) VOF模型。该模型能够比较好的反映多相流之间的界面情况。比如大的气泡以比较慢的速度在液体中流动，气液界面等。由于VOF模型采用的方程中的各项物性参数，如密度，粘度等，是各相物性的体积平均值，所以要求各相的速度之间差别不能太大，否则会对计算结果的精度影响很大。一般情况VOF采用非稳态模拟比较好。主相的体积值不是从体积守恒方程得到的，而是1减去其他离散相的值。

3)Mixture模型。此模型考虑了离散相和连续相的速度差，及相互之间的作用。但相与相之间是不相容的。动量方程及连续方程等中各物性参数采用的是各相体积平均值。主相的体积值不是从体积守恒方程得到的，而是1减去其他离散相的值。

4)Eulerian模型。此模型可以对各相进行单独的计算，每相都有单独的守恒方程。据有很大的适应性。但代价是由于要对各相都要进行独自计算迭代，计算机时是很巨大的。故Mixture 是Eulerian模型的一种折衷

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