文档介绍：王巍雄——2003-6-19
18. 多相流模拟介绍
自然界和工程问题中会遇到大量的多相流动。物质一般具有气态、液态和固态三相,但是多相流系统中相的概念具有更为广泛的意义。在多项流动中,所谓的“相”可以定义为具有相同类别的物质,该类物质在所处的流动中具有特定的惯性响应并与流场相互作用。比如说,相同材料的固体物质颗粒如果具有不同尺寸,就可以把它们看成不同的相,因为相同尺寸粒子的集合对流场有相似的动力学响应。本章大致介绍一下Fluent中的多相流建模。第19章和第20章将会详细介绍本章所提到的内容。第20章会介绍一下融化和固化方面的内容
多相流动模式
多相系统的例子
多相建模方法
多相流模型的选择
多相流动模式
我们可以根据下面的原则对多相流分成四类:
气-液或者液-液两相流:
气泡流动:连续流体中的气泡或者液泡。
液滴流动:连续气体中的离散流体液滴。
活塞流动: 在连续流体中的大的气泡
分层自由面流动:由明显的分界面隔开的非混合流体流动。
气-固两相流:
充满粒子的流动:连续气体流动中有离散的固体粒子。
气动输运:流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动,泥浆流,填充床,以及各向同性流。
流化床:由一个盛有粒子的竖直圆筒构成,气体从一个分散器导入筒内。从床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量,就会有气泡不断的出现并穿过整个容器,从而使得颗粒在床内得到充分混合。
液-固两相流
泥浆流:流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的流动。在泥浆流中,Stokes数(-4)通常小于1。当Stokes数大于1时,流动成为流化(fluidization)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: 在有一定高度的成有液体的容器内,初始时刻均匀散布着颗粒物质。随后,流体将会分层,在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤积层,在顶部出现了澄清层,里面没有颗粒物质,在中间则是沉降层,那里的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间,是一个清晰可辨的交界面。
三相流(上面各种情况的组合)
所示:
泥浆流
气泡,液滴,或
颗粒负载流
分层自由面流动
气动输运、水力输运、
或泥浆流
沉降
流化床
多相流动模式
多相系统的例子
:
气泡流例子:抽吸,通风,空气泵,气穴,蒸发,浮选,洗刷
液滴流例子:抽吸,喷雾,燃烧室,低温泵,干燥机,蒸发,气冷,刷洗
活塞流例子:管道或容器内有大尺度气泡的流动
分层自由面流动例子: 分离器中的晃动,核反应装置中的沸腾和冷凝
粒子负载流动例子:旋风分离器,空气分类器,洗尘器,环境尘埃流动
风力输运例子:水泥、谷粒和金属粉末的输运
流化床例子:流化床反应器,循环流化床
泥浆流例子: 泥浆输运,矿物处理
水力输运例子:矿物处理,生物医学及物理化学中的流体系统
沉降例子:矿物处理
多相建模方法
计算流体力学的进展为深入了解多相流动提供了基础。目前有两种数值计算的方法处理多相流:欧拉-拉格朗日方法和欧拉