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FLUENT中两相流多相流中模型的的选择问题

日期:2021-09-26 10:14:14 

两相流:通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流;其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”,气体或液体为另一“相”,由此就有气—液,气—固,液—固等两相流之分。

两相流的研究:对两相流的研究有两种不同的观点:一是把流体作为连续介质,而把颗粒群作为离散体系;而另一是除了把流体作为连续介质外,还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。

引入两种坐标系:即拉格朗日坐标和欧拉坐标,以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标;以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。


01
离散相模型

FLUENT在求解连续相的输运方程的同时,在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相;

离散相模型解决的问题:煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等;

应用范围:FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%(但颗粒质量承载率可以大于10-12%,即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动);不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题,包括:搅拌釜、流化床等;

颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑;

湍流中颗粒处理的两种模型:Stochastic Tracking,应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响;Cloud Tracking,运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”。


02
多相流模型

FLUENT中提供的模型:

VOF模型(Volume of Fluid Model)
混合模型(Mixture Model)
欧拉模型(Eulerian Model)
1. VOF模型(Volume of Fluid Model)


VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题,在处理两相流中,假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1,如果α1=0,表示该控制容积中不含第一相,如果α1=1,则表示该控制容积中只含有第一相,如果0¬<α1<1,表示该控制容积中有两相交界面;
VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积,其方法占内存小,是一种简单而有效的方法。
2.混合模型(Mixture Model)


用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型;
考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用;使用了滑移速度的概念,允许相以不同的速度运动;
用于模拟各相有不同速度的多相流;也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流;

缺点:界面特性包括不全,扩散和脉动特性难于处理。

3. 欧拉模型(Eulerian Model)


欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型;
把颗粒和气体看成两种流体,空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度,这些流体其存在在同一空间并相互渗透,但各有不同的体积分数,相互间有滑移;
颗粒群与气体有相互作用,并且颗粒与颗粒之间相互作用,颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用;
各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
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怎样选择?

1. VOF模型适合于分层流动或自由表面流;Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离,或者离散相的体积份额超过10%-12%的情况。

2. Mixture模型和Eulerian模型区别   如果离散相在计算域分布较广,采用 Mixture模型;如果离散相只集中在一部分,使用Eulerian模型;当考虑计算域内的interphase drag laws 时,Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果;从计算时间和计算精度上考虑。



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