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工業軟件作為 “工業制造的大腦和神經”，其重要性不言而喻。尤其是流體仿真板塊，國產軟件正在快速發展，打破國外技術壟斷，由積鼎科技自主研發的通用計算流體力學軟件VirtualFlow便是其中的引領者。這款自研軟件聚焦多相流，尤其在氣液兩相流仿真方向，在復雜工業場景中為國內眾多行業提供有效解決方案。

氣液兩相流：復雜而關鍵的流動現象

氣液兩相流，簡單來說，就是氣體和液體同時存在并相互作用的流動狀態。這種看似常見的現象，實則蘊含著極高的復雜性。在氣液兩相流中，氣體和液體的比例、流速、溫度等參數時刻變化，它們之間的相互作用力，如摩擦力、表面張力等，使得氣液兩相流的行為難以預測。

在電力行業，電廠為提高循環熱效率設置的給水加熱器，其殼側水位需維持在一定范圍，而氣液兩相流的狀態直接影響水位控制。在石油化工領域，反應塔內的氣液反應過程、管道中的油氣輸送，都涉及氣液兩相流。不同的流型，如泡狀流、彈狀流、環狀流等，對反應效率和輸送安全有著重要影響。在航空航天領域，飛行器燃油流動也是氣液兩相流的典型應用場景，其流動狀態直接關系到發動機的性能和可靠性。

VirtualFlow：氣液兩相流仿真的得力助手

1、強大的多相流模型

VirtualFlow 軟件針對氣液兩相流的特點，提供了豐富且精準的多相流模型。對于界面流問題，它采用了 VOF和 Level Set 方法。VOF 方法能夠清晰地追蹤氣液兩相的界面，通過計算每個網格單元內氣相和液相的體積分數，準確描述界面的位置和形狀變化。Level Set 方法則是將界面表示為一個符號距離函數，在處理復雜界面變形和拓撲變化時具有獨特優勢，能夠更精確地捕捉氣液界面的動態演化。

在混合流問題上，VirtualFlow 提供基于歐拉 - 歐拉體系的均相模型。該模型將氣液兩相視為一種均勻混合的介質，通過求解混合相的守恒方程，來模擬氣液混合流動的整體行為。這種模型在處理氣液充分混合、相間差異較小的情況時，具有計算效率高、結果準確的優點。

而對于離散相流體問題，軟件采用歐拉 - 拉格朗日模型。在這個模型中，連續相采用歐拉方法進行描述，而離散相則通過拉格朗日方法追蹤每個顆粒的運動軌跡。這樣可以詳細地分析氣泡在液體中的運動、碰撞、合并等過程，為深入研究氣液兩相流的微觀機制提供了有力工具。

2、先進的相變模型

氣液兩相流中常常伴隨著相變現象，如蒸發和冷凝。VirtualFlow 提供了先進的相變模型，包括直接相變模型和基于經驗公式的相變模型。這些模型均經過大量的實驗驗證，穩定可靠。

在直接相變模型中，軟件直接求解相變過程中的物理方程，考慮了相變潛熱、質量傳遞等因素，能夠精確地模擬氣液界面處的相變過程。基于經驗公式的相變模型，則是結合了大量實驗數據總結出的經驗關系，在保證計算精度的同時，提高了計算效率。用戶可以根據實際工況的特點和需求，靈活選擇合適的相變模型，快速進行相關計算分析。

3、高效的網格技術

網格劃分是 CFD 仿真中至關重要的一步，其質量直接影響計算結果的準確性和計算效率。VirtualFlow 采用了浸入表面網格技術（IST）。它將固體浸入網格區域內，能夠自動識別流固邊界，大大簡化了網格生成的過程。而且，該技術支持生成笛卡爾網格，固定的四邊形或六面體網格，有效提高了網格質量。同時，它還能滿足自定義區域加密、邊加密以及塊加密（BMR）等多種自定義網格加密需求。

對于復雜的幾何體，IST 網格技術表現出了強大的前處理能力。通過導入 CAD 文件，即可自動生成結構化網格，并且可根據分析需求對模型分塊及局部加密。在保證精度的前提下，避免了前處理部分大量重復性工作，從而更加適合耦合傳熱與運動物體的計算需求，為氣液兩相流仿真提供了高效、高質量的網格基礎。

?VirtualFlow 在氣液兩相流領域的應用實例

1、環路熱管相變換熱模擬

環路熱管結構緊湊，在面對長距離以及多點復雜的高熱流密度熱源的散熱現象時，普通測量設備難以精確測量相變過程的溫度、速度等參數變化，且試驗周期長、費用高。積鼎科技基于 VirtualFlow 軟件，為其提供了環路熱管相變換熱整體解決方案。

軟件通過對兩相流動的毛細力和沸騰換熱、冷凝換熱的研究，完善了相關的求解算法和物性參數庫。在模擬過程中，能夠精確地模擬吸液芯的毛細現象、蒸發管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現象。

2、核島內管道兩相流模擬

核島內管道復雜，高溫液體在其中高速流動，當液體與壁面接觸時，劇烈的沸騰現象產生，氣泡不斷生成、長大并脫離壁面，形成復雜的氣液兩相流場。此過程中的相變現象對管道的熱傳遞效率及設備的穩定性起著決定性作用。

VirtualFlow 的多相流模型能精準捕捉氣液界面的動態變化，其直接相變模型考慮了相變潛熱、質量傳遞等因素，可精確模擬壁面沸騰過程。成功預測了壁面處的熱通量分布、氣含率等關鍵參數。

3、石油天然氣領域的應用

在石油天然氣行業，在油氣生產與輸運環節，管道內的氣液兩相流情況復雜。通過 VirtualFlow 軟件的混合流模型和 LevelSet 界面追蹤技術，能夠準確預測泡狀流、彈狀流、環狀流和霧狀流等不同流型，為管道運輸工藝的優化提供了數據支持。

在深海油氣泄漏模擬中，結合水合物模型，VirtualFlow 能夠精準再現水合物的生成、擴散及堵塞過程，為深海油氣采集的安全性分析提供了重要參考。在關鍵設備優化方面，如臥式三相分離器的設計，VirtualFlow 采用 LevelSet 模型結合非牛頓流體模型，清晰呈現油、氣、水三相流的分離過程，幫助工程師優化分離器的結構和操作參數。