文档介绍：PHOENICS
Computer Simulation of fluid flow, heat flow,
Chemical reaction and stresses in solids
两相流求解(IPSA)
Concentration, Heat & Momentum Limited
目录页码
实用上的重性……………………………………………………………………18-1
相的定义………
相的方程式……
IPSA解法……
计算(IPSA法)的执行命令
紊流模型
两相间的相关关系
粒子尺寸的计算(SHADOW phase法)
百科全书、帮助和例题集
包括两相流在内的多相流,对如下的实际工学、环境的应用具有很大的重要性。
蒸汽发生器、压缩装置、蒸汽涡轮机、煤燃烧炉、流动床反应炉。
流体喷雾器、流体中污染物质的分离、在自由表面问题上存在显著的界面等等。
多相流,由相互不同的运动的两种以上流体来表现。一般情况下,这些流体中,存在着不同的物理性质-温度、密度及传导性。
所谓相,就是混合物质中可识别的类别的一种现象,可以如下的特征来表征:
热力学的相(固体、液体或气体)
尺寸(例:200到400微米之间的全粒子)
几何形状(例:完全圆形粒子)
温度(例:500K以上的全粒子)
最为一般性的区别是基于热力学的相。
即使相之间不混合,由明显的界面分开的情况下,用两相流的技巧也可以求解,但是,用SEM、HOL那样的变形单相法效果将会更好。
本章主要对分散流加以说明。
连续性方程
相的连续性方程可以看作管理相的体积分数的方程式。它们与单相流连续性方程相对应。第相的连续性方程式为
式中――第相的体积分数,;
――第相的密度,;
――第相的速度矢量,;
――第相扩散系数,;
――从其它相得到的第相的密度流量,。
相的保存式
第相的变量的保存式为
式中――相内部扩散系数,;
――相内部源项,[的单位]/();
――由其它相得到的相间源项,[的单位]/()。
注意:
加上体积分数,将引入考虑其它相“稀释”的影响。
相内部扩散项表示分子混合和紊流混合。
相扩散项表示由分散相粒子的紊流扩散引起的的输运。
相间偶合方程
描述相状态的方程式,是基本的Navier-Stokes方程。这些相各自根据体积分数,只占据某一部分领域。另外,相之间存在质量、动量、以及能量等交换。这些作为相间源项被考虑了,经常称之为构成关系(相间关系)。在多数情况下,其表现主要来自经验性的实验。
两相流现象的预测中,需要计算以下变量。
●名相的3个(最多)速度分量●名相的体积分数
另外,根据需要,计算以下项:
●温度●化学组成●粒子尺寸●紊流量●压力
用PHOENICS变量名表示如下:
变量名(第一相)
变量名(第二相)
速度分量
,,
,,
体积分数
压力
温度(热焓)
紊流参数
,
化学浓度
作为用PHOENICS的两相流解法,采用了IPSA法(InterPhase Slip Algorithm),该方法有如下特征:
●使用固定网格,采用了“浸入连续体”的概念,用Eulerian-Eulerian法,求解各相的方程式。
●体积分数(),作为相占据的容积比例来计算。它可以解释为:在指定的区域及时间内,作为看成第相的可能性。
●所有的体积分之和必需为1。
PEA (Partial Elimination Algorithm)方法
例如,在离散化的动量方程式中,某点的两相速度和的方程式可以表示如下:
(a)
这里,为相间摩擦;、表示其它项。将(a)式变形,写成、的形式,则
(b)
当相间的结合紧密(较大)时,(b)式将变成
(c)
这样,当用逐次迭代法求解式(a)时,如式(c)那样,其值将不变成初值。另外,即使的值不很大,收敛也变得很慢。于是,由式(a)中分别消去、,得
(d)
若很大时,将如下式那样,和相等,但与(c)式具有不同速度初值不同。而且,这种方法,即使在和近似值的情况下,收敛也将变快。
(e)
另外,用IPSA法从两个连续式()中求1个压力()。因此,把两相的连续方程加权平均,与用“Joint Continuity Equation”的SIMPLE方法同样地导出压力修正的方程式。求解顺序基本上与SIMPLE方法相同,但在相体积分数的计算以及加权平均法方面,使用了如下的特殊的方法。
要点1
用IPSA法可以求解的方程式最多为2组。有3相以上时,需要一并考虑ASM等其它的模型。
要点