fluent 多相流理论指南
20页1、11/5/2017Fluent理论指南第十七章 http:/ 返回主页 第17章:多相流 翻译:刘芹芹 校对:李娇娇(北京计算科学研究中心) 本章讨论ANSYS Fluent的通用多相流模型。首先简单介绍多相流模型,离散相一章简要讨论拉格朗日离散相模 型,凝固和融化一章讨论凝固和融化模型。关于ANSYS Fluent中如何使用多相流模型的信息,可参见ANSYS Fluent用户指南中的多相流模拟部分。以下小节介绍多相流模型的各种理论知识: 17.1. 介绍 17.2. 选择多相流模型 17.3. VOF模型 17.4. Mixture模型 17.5. 欧拉模型 17.6. 湿蒸汽模型 17.7. 多相流中的质量传输 17.8. 多相流中的组分传输 17.1. 介绍 很多在自然界和工程中遇到的流动是多相混合的流动。物理学中物质的相指气相、液相、固相,而多相流 中相的概念更加广义。在多相流中,相不仅可以定义为不同类型的物质,也可定义为相同类型物质。比 如,某固相颗粒中,不同尺寸的固体颗粒也可视为不同的相。 本节分为以下两部分: 17.1.1. 多相流模式 17.1.2. 多相流例子 17.
2、1.1. 多相流模式 多相流主要分为五类:气-液,液-液、气-固、液-固、三相流。 17.1.1.1. 气-液或液-液流 下面是不同气-液或液-液流动的分类: 气泡流:连续流体中存在分散的气泡或液滴。 液滴流:连续气体中存在分散的液滴。 段塞流:连续流体中存在较大的气泡。 分层流/自由表面流:不相容的流体混合且具有明显的相界面。 11/5/2017Fluent理论指南第十七章 http:/ 图17.1:多相流流态示意图 17.1.1.2. 气-固流 下面是不同气-固流动的分类: 颗粒流:连续气相中存在分散颗粒。 气动输运:该流型取决于固相体积分数、雷诺数、颗粒属性等因素。典型气动输运有沙丘流、段塞流和均质 流。 流化床: 由盛有颗粒的容器构成,气体从分布器进入容器,通过床底升起使颗粒悬浮。气泡的出现取决于气 体流率。气泡通过床底的升起可加强流化床内颗粒混合。 17.1.1.3.液-固流 以下是液-固流: 泥浆流: 在液体中输运颗粒的流动。液-固流的基本行为随固体颗粒属性相对于液体属性的不同而改变。在 泥浆流中,Stokes数一般小于 。当Stokes数大于 ,流动成为液固流态化; 水力
3、运输: 连续液体中存在稠密的固体颗粒; 沉降: 初始状态下,一个较高的圆柱形容器内为均匀离散的颗粒液体混合物。随后在容器底部颗粒将会下沉 形成淤泥层,在顶部会出现清晰分界层,在中间存在恒定的沉淀区。 17.1.1.4.三相流 三相流是前面列出的几种流动模式组合 17.1.2. 多相流例子 下面列出多相流的一些具体例子: 气泡流:抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。 11 11/5/2017Fluent理论指南第十七章 http:/ 液滴流:抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。 活塞流:管道或容器内大气泡流动。 分层流/自由表面流:海上设备中的晃动、核反应堆中的沸腾和冷凝。 颗粒流:旋风分离器、空气分级器、吸尘器、充满灰尘的环境中流动。 气力输运:水泥、谷物、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、生物医学及物理化学中的流体系统。 沉降:矿物处理。 17.2. 选择多相流模型 解决任何多相流问题的第一步,就是确定多相流模型。模型比较一节中提供了一些基本原则。具体指导原则一节 中给出了详细的方法:如何
4、确定流动中(包含气泡、液滴、或颗粒)各相之间的耦合程度,以及不同耦合程度适 合的多相流模型。 本节分为以下四部分: 17.2.1. 多相流建模 17.2.2. 模型比较 17.2.3. 多相流的时间离散格式 17.2.4. 稳定性和收敛性 17.2.1. 多相流建模 计算流体力学的发展为进一步深入了解多相流动力学提供了基础。目前多相流的数值计算有两种方法:欧拉-拉格 朗日方法和欧拉方法;(李东岳:原文中为欧拉-欧拉方法,为防止其和双流体模型混淆,此处译为欧拉方法) 17.2.1.1. 欧拉方法 在欧拉方法中,不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。各相的体积不能被其他相占有,因此引入体积分 数的概念。其假定体积分数是空间和时间的连续函数,所有相的体积分数和等于 。每一相都有各自的控制方 程,且所有相的这些方程形式相同。另外附加一些经验性的关系式来使这些方程封闭。 ANSYS Fluent提供了三种基于欧拉方法的多相流模型:VOF模型、Mixture模型、和双流体模型。 17.2.1.1.1. VOF模型 VOF模型是一种网格固定的的表面跟踪技术。该模型用于观察两种及以上互不相融流体间的分界
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