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Fluent多相流模型选择原则与设定
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发布时间:2023-05-16 作者: 浏览数:4514

多相流分类

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:连续气体中的离散流体液滴

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、雷诺数和粒子属性等。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:由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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