计算流体力学--多相流仿真专题

多相流仿真中应用频率最高的是自由表面流的仿真。它适用于诸如气液二相流,液液二相流,气液固三相流等各种各样需要模拟的流动。由仿真得到的界面运动,也可以与可视化实验结果加以比较而得到验证。

     自由表面流的仿真可以分为界面捕捉法(Interface capturing  Method)和界面追踪法(Interface Tracking Method)两大类。如图2.1所示那样,所谓界面捕捉法,就是把表示界面的函数,让其随流体迁移流动,从而来模拟界面运动。界面捕捉法含有MAC法(Marker and Cell),LS法(Level Set)和VOF法(Volume of Fluid)等多种方法。

     另一方面,界面追踪法是根据界面元素的变形,来分析模拟界面的运动,如图2.2所示。界面追踪法有ALE法(Arbitrary Lagrangian and Eulerian)等等。此外,粒子法(Particle Method)也可认为是一种界面追踪法。

640.webp.jpg

图2.1  界面捕捉法

640.webp (1).jpg

2.2  界面追踪法

      两者比较而言,界面追踪法能够高精度地模拟界面的运动。然而,在使用界面追踪法时,随着界面的变动,必须重新生成元素。如果界面的变动过大,就可能生成扭曲的元素,使计算变得不稳定。当然这也可以通过增加元素分割的数目来避免,这样一来,就会进一步增加计算的工作量。

       现在,大多数流体的仿真软件都采用VOF法来模拟自由表面流。其理由列举如下:首先,在1970年代,由著名的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(即Los Alamos National Laboratory,该所于2013年迎来了成立七十周年的庆典)开发了一个程序代码为SOLA-VOF的软件,并把它公开了,从而使VOF法得到了广泛的应用和普及。另外,运用VOF法,不必重新生成元素,计算程序也不复杂,即使界面的变动很大,计算还能稳定进行直到问题解算完成。

      那么,这一次也来介绍一个仿真模拟的具体案例吧。这里要说的是气提式水泵,它可以用来在水井和温泉吸水,在净化水池抽水等等。我们用属于界面捕捉法的MARS法(Multi-interface Advection and Reconstruction Solver)对其自由表面流进行模拟。

      气提式水泵的设计已有200年以上的历史。如图2.3 所示,对安装在水面下的抽水管的下部注入空气,管内的水与空气混合,比重变小而被往上推起。这就是气提式水泵抽水的原理。由于构造简单,少有故障,至今在各个领域得到广泛的使用。其抽水量虽然可以根据空气的流入量,浸水深度,扬程等用经验公式来计算,有时也要根据不同目的而考虑是否要进一步充气。因此必须掌握抽水管内气液二相流的流型(请参照图2.4)。如果可能的话,可以通过可视化实验来观察流型。但有时也会受各种条件的限制而无法做实验。这时对流体进行仿真模拟来掌握流动型态就变得十分有效了。

640.webp (2).jpg

图2.3 气提式水泵

640.webp (3).jpg

图2.4 管内气液二相流的流型


640.webp (4).jpg

图2.5 用来作仿真模拟的水泵

      这次模拟的水泵,如图2.5所示,是由抽水管(5厘米见方)和送气管(2厘米见方)构成。送气管的前端,两两错列地设置了四个空气的流入口。水泵浸入水下1米深处,要把水汲取到比水面高出10厘米的容器里去。每个空气流入口,每隔0.1秒注入流量为25L/min的空气。呈现在图2.6里的是模拟的结果。图中以等值面来表示,使气液界面可视化。混有空气的水被抽取上来,成水花状注入到容器里去,重现了水泵的工作状态。图2.7所示是抽水管中心断面的气液分布图。蓝色部分表示水,白色的为空气。根据此图,抽水管中的流动可以判断为塞状流(slag flow),您的看法呢?


640.gif

图2.6 等值面图


640 (1).gif

图2.7 气液分布图

来自:MSC软件

流体力学及仿真

计算流体力学--多相流仿真专题的评论0条

    暂无评论

    计算流体力学--多相流仿真专题的相关案例教程

    文章篇幅有限 微信扫码下方海报获取完整版学习资料 一、VOF/Mixture模型更新 VOF/Mixture Model核心算法改进 改进Implicit Method算法、增加显式VOF处理受限时的替代方法、改进了压力出口边界...... 显式VOF算法改进 引入在时间步长结束时求解VOF的新方法 VOF压力出口边界条件改进 Hybrid NITA 支持混合多相流模型 建议使用hybrid NI
    我们介绍一下多相流模型的一种-VOF模型的适用场合及使用方法。通过VOF实例观察两相界面分布,了解VOF模型使用过程中的注意点。 1. VOF模型简介 该模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括流体喷射、流体中大泡运动、流体在大坝坝口的流动、气液界面的稳态和瞬态处理等。一般而言VOF主要适用于非稳态的多相流模型,仅对某些特定问题的多相
    首先,多相流模拟相对于单向流模拟一直都不是很成熟。模拟多相流的小伙伴们,这是个好事,这表明,咱们有的玩。要是很成熟了,也基本没什么玩的了。多相流再掺杂湍流,那更是不好搞。不成熟的方面主要有: 模型不成熟,比如各种曳力模型,升力模型,破碎模型等; 求解算法不成熟,比如在CFD求解多相流模型中如何保证相分数严格的小于1大于0;欧拉拉格朗日那面需要颗粒大小小于网格大小; 体系复杂性,气液、液液、气固体系
    自然和工程中多数流动现象都是多相的混合流动。物理上物质的相分为气相、液相和固相。但在多相流系统中相的概念意义更广泛。在多相流中,相被定义为一种对浸没其中的流体及势场有特定的惯性响应及相互作用的可分辨的物质。例如,同一种物质的不同尺寸颗粒都可以被看作不同的相,因为相同尺寸的颗粒集合对流场具有相似的动力学响应。 多相流具有多种存在方式,以两相体系为例,可分为:气液多相体系;气固多相体系;液固多相体系;
    内容简介 Ansys Fluent一直不遗余力,不断的引入新的模型和算法,帮助用户更加便捷有效的解决工程中遇到的复杂多相流问题,加速仿真,帮助减少工程设计中过度依赖经验的现状,提高设计的性能,增加收益。本次报告将重点介绍Ansys Fluent多相流模型的更新进展以及应用案例,如VOF模型,欧拉多相流模型,DPM模型,以及模型转换方面的更新以及部分应用实例。 时间 2022年4月12日(周二)16
    影响力
    粉丝
    内容
    获赞
    收藏
      项目客服
      培训客服
      0 1