氣泡流
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-08-21
氣泡流的實例教程
氣泡流Mixture模型模擬
包括了網格文件、cas 和 dat
（轉載至：百度百科）</p><p> 本模型主要是分析三聯曝氣池內部泵氣裝置產生的氣泡流對整體曝氣池的流場影響，并以此為基礎，可以擴展研究曝氣池的氣液兩相界面化學反應過程。</p><p> </p><p> </p><p> </p>
展開 表2：入口空隙率αi，氣體來流速度UG和液體來流速度UL
三、計算技術評估
3.1界面拓撲結構和速度剖面
本文研究了兩種不同的兩相流拓撲結構，氣泡流和段塞流。氣泡流計算結果在圖3中展示出來了，根據直觀印象，兩款軟件的計算結果似乎生成了相同的流拓撲結構(見圖3(a)-(b))，但是氣泡的大小和破裂脫落頻率可以直觀觀察到明顯的差異。國外商軟的VOF方法的模擬結果相對于VirtualFlow的LS顯示在較低的脫落頻率下產生較大的氣泡。進一步觀察氣泡內和周圍流場的流動表明，在VirtualFlow的模擬結果中，氣泡內存在再循環流場。該現象究竟屬于物理解還是數值上的非物理解還有待通過與實驗結果的比較來證明。
（a）國外商軟計算結果在T=0.0076s時的密度等值線
（b）VirtualFlow計算結果在T=0.0236s時的密度等值線
（c）國外商軟計算得到的T=0.0076s時的壓力云圖
（d）VirtualFlow計算得到的T=0.0236s時的壓力云圖
圖3：國外商軟和VirtualFlow結果的比較氣泡流，三分之一的管道被抽出，0?10D。
圖3的c圖與d圖中黑色線為氣體積分數c=0.5或LS函數φ=0的等值線，視作氣液兩相交界線，黑色箭頭線為流場流線。
對于段塞流情況（圖4），國外商軟無法提供具有能夠形成周期性形成段塞的物理規律的數值解決方案。段塞的產生似乎是由數值擾動引起的，可能是由于表面張力處理產生的雜散流動。段塞流和殘差較高的結果（10-4，泡狀流，見圖6）與自入口射入的氣體射流的破裂過程具有相同的性質。氣體射流在入口處形成細長的氣體頸部，該氣體頸部折斷并縮回到段塞中。
展開 CFD 模塊提供了 4 種不同原理的模型：
氣泡流模型
適合密度較大的相中包含較小體積分數的低密度相
混合模型
適合連續相中包含較小體積分數的分散相（或幾個分散相），其密度與一個或多個分散相相近
歐拉–歐拉模型
適用于任何類型的多相流
可以處理任何類型的多相流，且氣體中有密集顆粒，例如流化床
歐拉–拉格朗日模型
適合包含相對較少（成千上萬，而不是數十億）的氣泡、液滴或懸浮顆粒流體
適合使用方程模擬的氣泡、顆粒、液滴，該方程定義了流體中每個顆粒的力平衡
什么時候使用不同的分散多相流模型？
氣泡流模型
氣泡流模型顯然適用于液體中的氣泡。由于忽略了分散相的動量貢獻，因此該模型僅在分散相的密度比連續相小幾個數量級時才有效。
混合物模型
混合物模型與氣泡流模型相似，但考慮了分散相的動量貢獻。通常用于模擬分散在液相中的氣泡或固體顆粒。還可以處理任意數量的分散相。混合物模型和氣泡流模型均假設分散相與連續相處于平衡狀態，即分散相不能相對于連續相加速。因此，混合物模型無法處理分散在氣體中的大固體顆粒。
當多相流混合物被強制通過孔口時，使用混合物模型模擬了5種不同大小的氣泡。流動中的剪切力導致較大的氣泡破裂成較小的氣泡。
歐拉–歐拉模型
歐拉-歐拉模型是最精確的分散多相流模型，也是使用最廣的模型。它可以處理任何類型的分散多相流。
展開 它假設在計算單元內，局部界面表面拓撲結構包含多個連接的界面，流動狀態由單一的局部流量-蒸汽體積分數α_v決定:
氣泡流拓撲:氣相以氣泡的形式分散在連續液體中，通常α_v<=0.3
霧流拓撲:液相以液滴的形式分散在連續的蒸汽中，通常α_v>=0.7
攪拌流:這是氣泡流和霧流拓撲之間的一個中間拓撲，通常0.3<α_v<0.7
界面拓撲用于計算界面面積和界面動量和熱量的傳遞。引入φ表示界面量(界面面積、阻力、升力、湍流漂移力和換熱)，則采用以下一般形式計算:
這里f（α_v）是用方程17-431或方程17-432計算的，但斷點的上下限不同。通常使用0.3和0.7的值，φ_bubbly和φ_droplet分別是氣泡流和霧流的界面量。采用在界面動量傳遞和界面傳熱中提出的界面子模型進行計算。
值得注意的是，在沸騰模型中，液體通常被定義為第一相，蒸汽被定義為第二相。一旦定義了這一點，它將保持不變的流型轉變。當φ_bubbly和φ_droplet被計算時，主相和次相被交換。對于φ_bubbly，液體被視為第一相，而蒸汽是第二相。與此相反，對于φ_droplet，蒸汽成為第一相，液體是第二相。
界面動量轉移
界面動量傳遞包括五個部分:阻力、升力、壁面潤滑、湍流漂移力和虛質量. 每種影響都有各種各樣的模型，其中一些是專門為沸騰流制定的。此外，還可以使用用戶定義的選項。
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表2：入口空隙率αi，氣體來流速度UG和液體來流速度UL
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3.1界面拓撲結構和速度剖面
本文研究了兩種不同的兩相流拓撲結構，氣泡流和段塞流。氣泡流計算結果在圖3中展示出來了，根據直觀印象，兩款軟件的計算結果似乎生成了相同的流拓撲結構(見圖3(a)-(b))，但是氣泡的大小和破裂脫落頻率可以直觀觀察到明顯的差異。
氣泡流模型
氣泡流模型顯然適用于液體中的氣泡。由于忽略了分散相的動量貢獻，因此該模型僅在分散相的密度比連續相小幾個數量級時才有效。
混合物模型
混合物模型與氣泡流模型相似，但考慮了分散相的動量貢獻。通常用于模擬分散在液相中的氣泡或固體顆粒。還可以處理任意數量的分散相。
同時fluent還專門提供了換熱器模型，當你需要對換熱器進行模擬時，可以打開這個模型
fluent還可以模擬多相流，fluent提供了比較多的多相流模型，比如VOF模型（適用于分層流、自由面流動、晃動、大氣泡流動、噴射衰竭表面張力預測等等）、混合模型（適用于氣泡流、粒子負載流、沉降及旋風分離器）、歐拉多相流是比較復雜的流動（適用于顆粒懸浮、流化床等）。
Yang Zou 等[1]，Martin Ryhl 等[2,8]指出，熱泵系統中因蒸發器兩相冷媒分配不均可能導致制冷（熱）能力衰減達到30%~50%，COP 衰減可達13%~43%；另一方面，采用節流閥節流后工質為氣液兩相流，液態制冷劑在蒸發盤管內依次出現氣泡流、層狀流、層狀波紋流、塊狀流、環狀流、霧狀流和過渡流，各階段的換熱效率存在較明顯的差異[3,4]。
如：氣泡流、攪拌器等。
相間傳質：FLUENT提供了多種相間傳質模型，包括沸騰、蒸發、冷凝、空化、相間反應等，能夠有效的模擬不同相之間存在相變和化學反應的情況。如：空化過程的預測、閃蒸設備、相間的均相反應和非均相反應等。
以下為水平管、豎直管、傾斜管以及基于氣泡流模型的管內氣液兩相流模擬部分結果，具體算例附后，感興趣的可直接下單。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1fVp5Z5spRbWCyhhWok30kA
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▲ 油氣井底部可能完全充滿液體，但在上升過程中，壓力下降，由于溶解氣體析出，流型將過渡到氣泡流。油氣井仿真需要多種多相流模型精確的模擬不同井深處的特殊流型。
自由表面流
自由表面流包括兩種或更多種不混溶的流體，每種流體被假定為在大部分流域具有連續性特征。每種流體有明顯可識別的流動區域，這些區域的形狀和位置會隨時間變化。
油氣井底部可能完全充滿液體，但在上升過程中，壓力下降，由于溶解氣體析出，流型將過渡到氣泡流。油氣井仿真需要多種多相流模型精確的模擬不同井深處的特殊流型。
自由表面流
自由表面流包括兩種或更多種不混溶的流體，每種流體被假定為在大部分流域具有連續性特征。每種流體有明顯可識別的流動區域，這些區域的形狀和位置會隨時間變化。
Fluent中，Hibiki-Ishii模型和Ishii-Kim模型都是在氣泡流與體質量轉移的背景下實現的。存在對這兩個模型的擴展。根據Yao-Morel在核沸騰應用中所做的工作，這將包括壁上的非均勻傳質效應。體積界面面積輸運方程18.147包含一個成核項和聚結和破裂模型。
典型的應用包括：沉降、旋風分離器、低載荷的顆粒流和低體積分數的氣泡流。
在一些情況下，混合模型是歐拉多相流模型的一個很好的替代方法。當顆粒相分布較廣，或相間規律未知或其可靠性受到質疑時，完整的歐拉多相流模型可能不可行。這時一個簡化的模型，如mixture模型是一個不錯的選擇，它可以類似于完整的多相流模型那樣求解，但求解的變量比完整的多相流模型更少。
