氣泡流的案例
低氣相容積率的氣泡流Mixture模型模擬 ￥3
氣泡流Mixture模型模擬
包括了網格文件、cas 和 dat
基于comsol的曝氣池氣泡流分析
（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 CMFD軟件對比：國外商軟與VirtualFlow在微通道兩相流仿真領域的預報效果
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 COMSOL多相流仿真方法
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 
fluent中的沸騰模型（3）-Critical Heat Flux模型
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。
展開 管內兩相流流型模擬 ￥269
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
提取碼：e26d
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Fluent能夠做的事
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）。
fluent還提供了離散型模型，用于模擬顆粒的流動，主要有DPM模型（稀疏的顆粒流動）、DDPM模型（稠密的顆粒流動）、PBM模型（使用歐拉方法求解顆粒流動）
傳質問題，fluent可以使用不同的方法模擬蒸發、冷凝、凝固、融化，自帶的求解器也能夠解決這樣的問題。
同時fluent組分輸運模型可以用來模擬化學反應，主要用于模擬燃燒過程
fluent能夠求解電勢方程，模擬電鍍、腐蝕、流體電池等問題，還可以模擬靜電除塵問題。
fluent還能夠進行氣動噪聲模擬，主要方法有聲比擬模型、CAA直接模擬、寬頻噪聲模型等
fluent還可以通過動網格來模擬旋轉機械，如齒輪旋轉，扇葉旋轉，閥門擺動、活塞運動等問題
實際上fluent能夠做的事情要比上面講的多的多，fluent提供了UDF（用戶自定義函數）功能和UDS（用戶自定義標量）功能，可以借助這些功能，直接求解偏微分方程。
展開 煤泥浮選機CFD模擬
浮選機工作時，電動機通過傳動機構帶動葉輪旋轉，來自鼓風機的壓縮空氣通過充氣管給入葉輪旋轉區，與礦漿充氣混合后，從葉輪周邊甩出，與定子擋板強烈碰撞后，穿過定子擋板進入浮選機格柵板下部細粒礦化區，此時內筒中細粒礦化區內的礦漿中含有大量氣泡，礦漿和氣泡以一定的速度上升通過格柵板，與礦漿分配箱流出的礦漿相遇，形成流態化懸浮層，在上升水流和上升氣泡流的共同作用下，礦化泡沫上升到液面形成泡沫層，因氣泡負載能力不足而脫落的顆粒，在葉輪抽吸和壓差力的作用下，可經內筒和外筒之間的礦漿循環區再次進入葉輪攪拌區實現二次礦化，尾礦則由浮選機底部的排放口排出。
該浮選機的結構特點是：
① 采用格柵板穩流技術，將細粒浮選強紊流區與粗粒浮選弱紊流區分離，為細粒與粗粒浮選提供不同的流體力學環境；
② 浮選機內礦漿運動形式強化了礦漿循環，采用假底技術，增強了底部循環，消除了粗粒在槽底的沉積，同時也為礦化顆粒從氣泡上脫落后再次浮選提供了條件；
③ 入料礦漿采用中心入料，直接送至格柵板上方的高氣含率流態化區域內，縮短了粗顆粒上浮的路程，加快了浮選速度，提高了分選效果。
FLUENT計算相關步驟
1.計算模型
湍流模型選擇Realizable k-ε模型
旋流域流場計算采用多重參考系法（MRF）
多相流模型選取EULERIAN模型
2.邊界條件
設置速度入口和壓力出口的速度值和壓力值。
設置轉子的旋轉速度。
3.初始化
設置初始氣液相分布。
4.后處理
查看多相流的分布和流速分布
算例示意
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展開 【多相流】mixture模型-連續、動量和能量方程（10）
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。mixture模型允許選擇顆粒相并計算顆粒相的所有屬性，這適用于液固流動。
Mixture模型的局限性
必須使用壓力基求解器。Mixture模型不適用于密度基求解器；
只有一種相可以被定義為可壓縮的理想氣體。但在用戶定義函數中使用可壓縮流體沒有限制；
在使用mixture模型時，不要以指定的質量流量對沿流向的周期性流動進行模擬；
不能用mixture模型模擬凝固和熔化；
Singhal等人的空化模型(可用于混合模型)與LES湍流模型不兼容；
不能將相關公式與MRF和mixture模型結合使；
Mixture模型不允許無粘性流動；
當DPM模型與mixture模型聯合跟蹤粒子時，無法選擇共享內存方法。(注意，使用消息傳遞或混合方法可以使所有多相流模型與DPM模型兼容。)；
Mixture模型和VOF模型一樣，使用的是單流體方法，它與VOF模型有以下幾點不同之處:
Mixture模型允許兩相相互摻混。因此，控制體積的體積分數α_q和α_p可以等于0到1之間的任何值，這取決于相q和相p所占的空間。
mixture模型允許相以不同的速度移動，使用滑移速度的概念。(注意，也可以假設兩相以相同的速度運動，然后將mixture模型簡化為均相多相流模型。)
展開 ANSYS FLUENT 多相流模型 附ANSYS Fluent Customization
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。
應用分析
DDPM+DEM模型 計算流化床反應器內的顆粒流動
ANSYSFLUENT模擬閃蒸噴嘴內的閃蒸過程
無擋板油箱
有擋板油箱
模擬不同加速度條件下汽車油箱的晃動情況
噴油嘴空化現象
下載地址：ANSYS Fluent Customization Manual
【多相流】mixture模型的Interfacial Area Concentration（13）
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。Yao-Morel對合并項進行了如下建模:
2 代數模型
Gradient model
梯度模型不同于對稱模型，它引入了相界面的梯度作為界面長度的尺度。模型通常用于自由表面問題。在Fluent中有兩種版本的梯度模型:
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【多相流】概述（1）
01—
氣-液流和液-液流
以下是氣-液流動或液-液流動:
氣泡流:這是離散的氣體或流體氣泡在連續流體中的流動。
液滴流:這是離散的液滴在連續氣體中的流動。
段塞流:大氣泡在連續流體中的流動。
分層/自由表面流動:這是一種被明確定義的界面分離的不混溶流體的流動。
02—
氣-固流
以下是氣-固兩相流動:
顆粒流:這是連續氣體中離散粒子的流動。
氣動輸送:這是一種取決于固體載荷、雷諾數和顆粒特性等因素的流型。典型的流型有沙丘流、段塞流和均質流。
流化床:由一個裝有顆粒的容器組成，氣體通過分布器進入該容器。通過床層上升的氣體使顆粒懸浮起來。根據氣體流量的不同，氣泡會在床層中出現并上升，加劇床層內的混合。
展開 [案例分析]Fluent模擬氣泡的破碎與凝聚
FLUENT的附加模型population balance model可以用于計算氣泡流的破碎及匯聚。本例使用歐拉多相流配合PBM模型模擬氣泡在流動過程中的破碎及凝聚現象。
1、模型描述
計算域幾何如圖1所示。采用如圖所示的圓柱形容器。氣泡從底部inlet入口進入，從outlet出口流出。幾何尺寸如圖所示。由于本例的軸對稱特征，因此采用軸對稱模型。注意：FLUENT的2D軸對稱模型要求對稱軸為x軸。計算域模型如圖2所示。Axis沿著x軸方向，后邊的重力加速度即沿著x軸負方向。劃分網格，生成msh文件。
圖1 幾何模型
圖2 計算域模型
2、導入網格
打開Fluent 14.0，讀入上一步生成的msh文件。Scale計算域，檢查是否在正確的尺寸上。選擇[Transient]模擬，設置重力方向x軸負方向，并且設置2D Space為Axisymmetric。如圖3所示。
圖3 基本設置
3、選擇模型
激活PBM模型需要通過TUI命令。在TUI窗口中輸入define/models/addon-module，然后輸入yes回車即可激活PBM模型。
多相流模型選擇Eulerian模型，歐拉相數量為2。如圖4所示。
圖4 多相流模型
湍流模型選擇標準k-e模型，標準壁面函數。湍流多相流模型采用mixture，如圖5所示。
圖5 湍流模型
雙擊models中的population balance模型，選擇discrete，進入圖6所示對話框，進行如圖所示設置。
圖6 PBM設置
具體含義可以參考fluent PBM手冊，這里簡要的說明一下。
Kv為增長因子，geometric ratio為幾何對數方法，與后面的ratio exponent相對應。
展開 FLUENT模擬氣泡的破碎與凝聚
[本例來自于Fluent 13.0官方教程]
FLUENT的附加模型population balance model可以用于計算氣泡流的破碎及匯聚。本例使用歐拉多相流配合PBM模型模擬氣泡在流動過程中的破碎及凝聚現象。
1、模型描述
計算域幾何如圖1所示。采用如圖所示的圓柱形容器。氣泡從底部inlet入口進入，從outlet出口流出。幾何尺寸如圖所示。由于本例的軸對稱特征，因此采用軸對稱模型。注意：FLUENT的2D軸對稱模型要求對稱軸為x軸。計算域模型如圖2所示。Axis沿著x軸方向，后邊的重力加速度即沿著x軸負方向。劃分網格，生成msh文件。
圖1 幾何模型
圖2 計算域模型
2、導入網格
打開Fluent 14.0，讀入上一步生成的msh文件。Scale計算域，檢查是否在正確的尺寸上。選擇[Transient]模擬，設置重力方向x軸負方向，并且設置2D Space為Axisymmetric。如圖3所示。
圖3 基本設置
3、選擇模型
激活PBM模型需要通過TUI命令。在TUI窗口中輸入define/models/addon-module，然后輸入yes回車即可激活PBM模型。
多相流模型選擇Eulerian模型，歐拉相數量為2。如圖4所示。
圖4 多相流模型
湍流模型選擇標準k-e模型，標準壁面函數。湍流多相流模型采用mixture，如圖5所示。
圖5 湍流模型
雙擊models中的population balance模型，選擇discrete，進入圖6所示對話框，進行如圖所示設置。
圖6 PBM設置
具體含義可以參考fluent PBM手冊，這里簡要的說明一下。
Kv為增長因子，geometric ratio為幾何對數方法，與后面的ratio exponent相對應。
展開 【多相流】fluent中如何選擇多相流模型？（2）
混合模型可應用于：
低負荷顆粒流、氣泡流、沉降和旋風分離器。混合模型也可以用于沒有相對速度的分散相來模擬均勻多相流。
Eulerian模型
歐拉模型是ANSYS Fluent中最復雜的多相流模型。它要為每一項求解一系列的動量和連續性方程。通過壓力和相間交換系數實現了耦合。處理這種耦合的方式取決于所涉及相的類型:顆粒狀(流體-固體)流動與非顆粒狀(流體-流體)流動的處理方法不同。對于粒狀流動，應用動力學理論得到顆粒流的性質。兩相之間的動量交換也取決于所模擬的混合物的類型ANSYS Fluent的用戶定義函數可用來定義計算動量交換。歐拉多相流模型可應用于：
氣泡塔、提升器、顆粒懸浮和流化床。
02—
多相流模型的對比
一般情況下，一旦確定了最能代表你的多相系統的流型，就可以根據以下指導原則選擇合適的模型:
對于相混合或分散相體積分數超過10%的含氣泡、液滴和顆粒流，使用混合物模型或歐拉模型。
對于段塞流，使用VOF模型。
對于分層/自由表面流，使用VOF模型。
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