氣液的案例
氣-液-固三相體系CFD模擬方法：理論框架與應(yīng)用拓展
前言
氣-液-固三相流體系廣泛存在于化工、能源、環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域，如費(fèi)托合成漿態(tài)床、流化床反應(yīng)器及礦物浮選過程。由于氣-液- 固三相漿態(tài)體系內(nèi)在機(jī)理的復(fù)雜性，與兩相流模擬相比，基于氣-液-固三相CFD模擬相對(duì)不成熟，其計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬一直是多相流領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。下文介紹目前常見的氣-液-固三相體系CFD 模擬方法。
為了簡(jiǎn)化處理，Grevskott 等將液相以及固相兩相看作一個(gè)擬均相(漿液相)處理，通過修正漿液粘度以及密度的方式考慮固體顆粒的影響，將氣-液-固三相漿態(tài)模擬簡(jiǎn)化成氣體-漿液相兩相模擬，基于雙流體框架下研究氣泡尺寸的分布、液體的循環(huán)以及固體顆粒的運(yùn)動(dòng)。
Wen 和 Xu 等也將液-固看作擬均相進(jìn)行二維穩(wěn)態(tài)模擬，采用 ksus-εsus-kb-8b 湍流模型計(jì)算氣-液-固漿態(tài)床內(nèi)的流動(dòng)并且采用沉降擴(kuò)散模型描述固體顆粒的軸向分布。
Feng 等也將液相以及納米顆粒兩相看作擬均相處理，在 CFD 模擬中考慮的曳力、升力以及虛擬質(zhì)量力，重點(diǎn)考察時(shí)均徑向氣含率以及液速分布。
Mitra-Majumdar 等采用三歐拉方法進(jìn)行三相漿態(tài)床的二維軸對(duì)稱模擬，并且對(duì)相間作用力進(jìn)行修正，在研究氣 - 液相間作用力時(shí)考慮固體顆粒的影響，在研究液 - 固相間作用力時(shí)考慮氣體的影響，最終重點(diǎn)考察了表觀氣速、液速以及固體顆粒循環(huán)速度對(duì)氣含率以及固含率分布曲線的影響。
Padial 等采用三歐拉方法進(jìn)行了三相漿態(tài)內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器三維模擬，重點(diǎn)考察導(dǎo)流位置對(duì)氣含率以及循環(huán)液速的影響，通過模擬發(fā)現(xiàn)提高導(dǎo)流筒位置會(huì)導(dǎo)致環(huán)流液速降低。需要指出，在其模擬中氣 - 固之間與氣 - 液之間采用相同的曳力模型，該方法不適用于高固含率的情況。
展開 解決氣液兩相流仿真難題，這款國(guó)產(chǎn)自主的流體力學(xué)仿真軟件有哪些特色？
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(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景中為國(guó)內(nèi)眾多行業(yè)提供有效解決方案。
氣液兩相流：復(fù)雜而關(guān)鍵的流動(dòng)現(xiàn)象
氣液兩相流，簡(jiǎn)單來說，就是氣體和液體同時(shí)存在并相互作用的流動(dòng)狀態(tài)。這種看似常見的現(xiàn)象，實(shí)則蘊(yùn)含著極高的復(fù)雜性。在氣液兩相流中，氣體和液體的比例、流速、溫度等參數(shù)時(shí)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(yù)測(cè)。
在電力行業(yè)，電廠為提高循環(huán)熱效率設(shè)置的給水加熱器，其殼側(cè)水位需維持在一定范圍，而氣液兩相流的狀態(tài)直接影響水位控制。在石油化工領(lǐng)域，反應(yīng)塔內(nèi)的氣液反應(yīng)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(huán)狀流等，對(duì)反應(yīng)效率和輸送安全有著重要影響。在航空航天領(lǐng)域，飛行器燃油流動(dòng)也是氣液兩相流的典型應(yīng)用場(chǎng)景，其流動(dòng)狀態(tài)直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性。
VirtualFlow：氣液兩相流仿真的得力助手
1、強(qiáng)大的多相流模型
VirtualFlow 軟件針對(duì)氣液兩相流的特點(diǎn)，提供了豐富且精準(zhǔn)的多相流模型。對(duì)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(jì)算每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)氣相和液相的體積分?jǐn)?shù)，準(zhǔn)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(gè)符號(hào)距離函數(shù)，在處理復(fù)雜界面變形和拓?fù)渥兓瘯r(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠更精確地捕捉氣液界面的動(dòng)態(tài)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(zhì)，通過求解混合相的守恒方程，來模擬氣液混合流動(dòng)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(shí)，具有計(jì)算效率高、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
而對(duì)于離散相流體問題，軟件采用歐拉 - 拉格朗日模型。
展開 基于FLUENT的雙層三槳葉攪拌器的氣液攪動(dòng)
關(guān)鍵詞：FLUENT，攪拌器，VOF模型，計(jì)算流體力學(xué)，氣液攪動(dòng)
機(jī)械攪拌器廣泛應(yīng)用于生物化工領(lǐng)域，但因攪拌引起的流型產(chǎn)生復(fù)雜的氣-液流體特性，使該流體特性定量測(cè)量很難有效進(jìn)行，增加攪拌器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與放大設(shè)計(jì)的難度。使用數(shù)值模擬方法可以很好的解決以上問題。
利用FLUENT軟件對(duì)雙層三槳葉攪拌器的氣液攪動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過精細(xì)的網(wǎng)格劃分和仿真設(shè)置，模擬了攪拌器內(nèi)部的氣液流動(dòng)情況，得到了其內(nèi)部流場(chǎng)的速度分布、壓力分布和體積分?jǐn)?shù)分布。
在仿真過程中，首先建立了雙層三槳葉攪拌器的三維模型，并對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。為了提高仿真精度，對(duì)攪拌槳附近和關(guān)鍵區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理。隨后設(shè)置了仿真參數(shù)，包括流體密度、粘度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。在FLUENT中，采用了多參考坐標(biāo)系模型（MRF）來模擬攪拌器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過設(shè)置動(dòng)域和靜域，并定義交界面，實(shí)現(xiàn)了攪拌器內(nèi)部流體的動(dòng)態(tài)模擬。同時(shí)，采用了標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型來描述流體的湍流特性。仿真結(jié)果顯示，雙層三槳葉攪拌器在氣液攪動(dòng)方面表現(xiàn)出良好的性能。后續(xù)可以通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)其進(jìn)行更為細(xì)致的數(shù)值模擬，以進(jìn)一步優(yōu)化其攪拌效果，提高氣液傳質(zhì)效率。
建立幾何模型時(shí)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化便于數(shù)值模擬過程，網(wǎng)格劃分時(shí)對(duì)其施加一定的控制（如曲率和偏度）以提高網(wǎng)格質(zhì)量，綜合得到網(wǎng)格質(zhì)量大于0.2即可滿足一般仿真需求。幾何模型如圖1所示，網(wǎng)格劃分如圖2所示。
圖1幾何模型
圖2網(wǎng)格劃分
攪拌器內(nèi)初始氣液分布如圖3所示，設(shè)定槳葉轉(zhuǎn)速N=300 r/min，攪拌器內(nèi)初始速度分布如圖4和圖5所示。
圖3
圖4
圖5
攪拌器達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣液分布如圖6和圖7所示，氣液交界處呈現(xiàn)下凹式分布，且流場(chǎng)沿著攪拌軸左右對(duì)稱。
展開 氣-液-固 三相體系 CFD 模擬方法簡(jiǎn)介
由于氣 - 液 - 固三相漿態(tài)體系內(nèi)在機(jī)理的復(fù)雜性，與兩相流模擬相比，基于氣 - 液 -固三相 CFD 模擬相對(duì)不成熟。為了簡(jiǎn)化處理，Grevskott 等將液相以及固相兩相看作一個(gè)擬均相（漿液相）處理，通過修正漿液粘度以及密度的方式考慮固體顆粒的影響，將氣 - 液- 固三相漿態(tài)模擬簡(jiǎn)化成氣體-漿液相兩相模擬，基于雙流體框架下研究氣泡尺寸的分布、液體的循環(huán)以及固體顆粒的運(yùn)動(dòng)。Wen 和 Xu 等也將液-固看作擬均相進(jìn)行二維穩(wěn)態(tài)模擬，采用 ksus-εsus-kb-εb 湍流模型計(jì)算氣-液-固漿態(tài)床內(nèi)的流動(dòng)并且采用沉降擴(kuò)散模型描述固體顆粒的軸向分布。Feng 等也將液相以及納米顆粒兩相看作擬均相處理，在 CFD 模擬中考慮的曳力、升力以及虛擬質(zhì)量力，重點(diǎn)考察時(shí)均徑向氣含率以及液速分布。
Mitra-Majumdar 等采用三歐拉方法進(jìn)行三相漿態(tài)床的二維軸對(duì)稱模擬，并且對(duì)相間作用力進(jìn)行修正，在研究氣 - 液相間作用力時(shí)考慮固體顆粒的影響，在研究液 - 固相間作用力時(shí)考慮氣體的影響，最終重點(diǎn)考察了表觀氣速、液速以及固體顆粒循環(huán)速度對(duì)氣含率以及固含率分布曲線的影響。Padial 等采用三歐拉方法進(jìn)行了三相漿態(tài)內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器三維模擬，重點(diǎn)考察導(dǎo)流位置對(duì)氣含率以及循環(huán)液速的影響，通過模擬發(fā)現(xiàn)提高導(dǎo)流筒位置會(huì)導(dǎo)致環(huán)流液速降低。需要指出，在其模擬中氣 - 固之間與氣 - 液之間采用相同的曳力模型，該方法不適用于高固含率的情況。Mationis 等采用 Gidaspow 等提出的 Kinetic-Theory-Based 模型描述氣 - 固之間的相間作用，并采用 k-ε 湍流模型描述液相湍流，重點(diǎn)考察固體顆粒的時(shí)均速度、濃度分布以及雷諾應(yīng)力的變化，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
展開 
2025大賽優(yōu)秀作品 | 基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質(zhì)強(qiáng)化與 PBM 仿真研究
作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質(zhì)強(qiáng)化與 PBM 仿真研究
作者： 李炎杰 | 華東理工大學(xué) 碩士研究生
關(guān)鍵詞：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群體平衡模型（PBM），硫化氫脫除
作者說
從平板旋流解吸器研發(fā)實(shí)踐看，Ansys Fluent 的多相流與群體平衡模型（PBM）耦合能力，精準(zhǔn)攻克了旋流場(chǎng)中氣泡破碎、聚并及氣液傳質(zhì)耦合等微觀瞬態(tài)過程的觀測(cè)難題。其參數(shù)化仿真功能，讓射流口、旋流腔等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化迭代擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的桎梏，可直接通過仿真定量分析驗(yàn)證。而仿真與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高度契合，不僅筑牢了模型可靠性根基，更幫我們實(shí)現(xiàn)從 “現(xiàn)象觀察” 到 “機(jī)制解析” 的跨越，深刻體會(huì)到 Ansys 工具在突破實(shí)驗(yàn)邊界、加速新型氣液分離設(shè)備研發(fā)中的獨(dú)特賦能。
氣液傳質(zhì)分離是化工、環(huán)保領(lǐng)域硫化氫脫除的核心過程，廣泛應(yīng)用于油氣凈化、廢水處理等工業(yè)場(chǎng)景。傳統(tǒng)脫氣技術(shù)如篩板塔、填料塔依賴重力場(chǎng)驅(qū)動(dòng)傳質(zhì)，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)、成本高昂。本研究設(shè)計(jì)新型平板旋流解吸器（PCD），通過旋流場(chǎng)強(qiáng)化氣液剪切與混合效應(yīng)突破傳統(tǒng)局限。華東理工大學(xué)依托 Ansys Fluent 仿真平臺(tái)，耦合多相流模型與群體平衡模型，精準(zhǔn)模擬旋流場(chǎng)中氣泡破碎、聚并動(dòng)態(tài)及傳質(zhì)規(guī)律，快速迭代優(yōu)化射流口尺寸、旋流腔高度等關(guān)鍵參數(shù)。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)高度吻合，最終實(shí)現(xiàn)硫化氫脫除效率 75.7%，體積傳質(zhì)系數(shù)較傳統(tǒng)設(shè)備提升 5-13 倍，大幅縮短工業(yè)氣液分離設(shè)備的研發(fā)周期與試錯(cuò)成本。
展開 2025大賽優(yōu)秀作品 | 氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)踐
作品名稱：氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設(shè)計(jì)高級(jí)系統(tǒng)工程師
關(guān)鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化
作者說
Ansys Fluent提供多種多相流模型，如VOF模型、混合物模型、歐拉模型等，可用于模擬氣液兩相流蒸發(fā)冷凝相變現(xiàn)象。綜合考慮軟件功能豐富性、模型自定義的可行性、以及學(xué)術(shù)研究中使用的廣泛性，Ansys Fluent很適合作為氣液兩相流仿真的研究工具。
對(duì)六種不同蒸發(fā)流道的仿真結(jié)果顯示，優(yōu)化方案對(duì)比無流道可提升蒸發(fā)量29%
熱管、VC等兩相散熱部件在各類電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛，是解決局部高熱流密度散熱問題的重要方案。兩相部件內(nèi)傳熱傳質(zhì)機(jī)理復(fù)雜，當(dāng)前業(yè)界主要通過打樣實(shí)測(cè)的方式研究，缺乏有效的仿真正向設(shè)計(jì)方法。本研究梳理了兩相流仿真技術(shù)的情況，基于Ansys Fluent VOF+Lee模型的方法建立了正向設(shè)計(jì)能力，開展重力熱管、蒸發(fā)流道、3D散熱器的仿真實(shí)踐，仿真精度達(dá)到80%以上，指導(dǎo)了散熱器的設(shè)計(jì)優(yōu)化，具有良好的工程價(jià)值。此外，本研究思考并提出未來氣液兩相流仿真的發(fā)展方向，為行業(yè)提供了參考。
挑戰(zhàn)/需求
芯片功率密度不斷升高，散熱成為瓶頸。兩相散熱憑借超高換熱能力，成為關(guān)鍵技術(shù)方案之一。目前在通訊電子產(chǎn)品中，熱管、VC、3DVC等利用工質(zhì)蒸發(fā)冷凝兩相流動(dòng)進(jìn)行高效換熱的散熱部件的應(yīng)用越來越廣泛，形態(tài)越來越復(fù)雜，為了得到性能更佳的散熱器，需要對(duì)氣液流動(dòng)和換熱的現(xiàn)象和機(jī)理有更深的了解，仿真正向設(shè)計(jì)的重要性因此凸顯。
展開 使用GOMC模擬異丁烷的氣液相平衡
運(yùn)行模擬的總體流程如下：
1）創(chuàng)建腳本、PDB和拓?fù)湮募詷?gòu)建模擬系統(tǒng)，以及in.dat文件和參數(shù)文件為運(yùn)行時(shí)做準(zhǔn)備；
2）構(gòu)建異丁烷的PDB文件，描述異丁烷殘基的拓?fù)湮募?3）進(jìn)行GEMC模擬，得到穩(wěn)定液相盒子與氣相盒子，如圖2和圖3所示；
4）分析氣相密度與液相密度，改變模擬溫度并重復(fù)計(jì)算，得到一系列溫度下的氣液相平衡數(shù)據(jù)，并與NIST數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。
圖2 液相盒子
圖3 氣相盒子
圖4：氣液相平衡
更換模擬物質(zhì)即可模擬目標(biāo)物質(zhì)的氣液相平衡，例如目前化工中的乙酸等。此外，GOMC可用于研究汽-液和液-液平衡、多孔材料中的吸附、表面活性劑的自組裝以及復(fù)雜分子的凝聚相結(jié)構(gòu)。
最后，有相關(guān)需求歡迎通過公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開 基于Fluent的氣液相變傳熱傳質(zhì)高級(jí)專題應(yīng)用培訓(xùn)
【培訓(xùn)講師】 上海安世匯智流體專家
【培訓(xùn)時(shí)間】 2023年7 月19日~21日
【培訓(xùn)費(fèi)用】 6000元/人
【培訓(xùn)等級(jí)】 高 級(jí)
【培訓(xùn)地點(diǎn)】 上海安世匯智公司，上海市浦東新區(qū)平家橋路36號(hào)晶耀前灘5號(hào)樓9樓
【培訓(xùn)特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富，精準(zhǔn)匹配行業(yè)
—— 理論與上機(jī)結(jié)合，教學(xué)質(zhì)量有保障
—— 真實(shí)案例教學(xué)，貼合企業(yè)實(shí)際需求
—— 設(shè)立分級(jí)課程，循序漸進(jìn)培養(yǎng)仿真能力
—— 安世亞太官方培訓(xùn)證書，豐富職業(yè)履歷
【培訓(xùn)日程】
時(shí)間
具體內(nèi)容
第一天
DPM模型基本理論介紹
DPM氣液相變模型介紹
DPM氣液相變案例分享
第二天
蒸發(fā)冷凝模型介紹
蒸發(fā)冷凝案例分享
壁面沸騰模型介紹
壁面沸騰案例介紹
第三天
基于熱相變模型氣液兩相流模擬介紹
引射器氣液相變案例分享
基于真實(shí)介質(zhì)氣液相變案例分享
Q&A
【報(bào)名鏈接】
https://www.wenjuan.com/s/u6F3uaV/
（開課前一周截止報(bào)名）
【小貼士】
· 本次課程有上機(jī)操作環(huán)節(jié)，我們會(huì)準(zhǔn)備好電腦與軟件；若報(bào)名人數(shù)超額，則需部分學(xué)員攜帶自己的電腦，我們會(huì)為您裝好試用軟件。
· 本次課程含工作午餐，不含其他食宿費(fèi)用。
· 關(guān)注”上海安世亞太“微^信^公^眾^號(hào)，掌握最新資訊。
· 課程報(bào)名及咨詢：021-58403100-816（顧女士），E-Mail：sh.marketing@peraglobal.com
展開 基于GROMACS的氯化鈉氣液界面分子動(dòng)力學(xué)模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；NaCl；氣液界面; 分子動(dòng)力學(xué)；packmol
海水淡化、海氣相互作用及儲(chǔ)能電解質(zhì)等領(lǐng)域，需要研究鹽溶液在氣?液界面處的微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為。相比宏觀實(shí)驗(yàn)，分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬可直接揭示 Na+、Cl- 以及水分子在界面處的分布與取向，為理解表面張力、離子特異性（Hofmeister 效應(yīng)）等提供原子級(jí)證據(jù)。而GROMACS作為一種高效的開源MD模擬軟件，在模擬鹽水溶液氣液界面方面具有強(qiáng)大的技術(shù)支持。本案例基于GROMACS，研究氯化鈉氣液界面體系中離子和水分子的分布情況。
初始模型的構(gòu)建
在本案例中，我們模擬對(duì)象為氯化鈉水溶液-真空體系，水分子采用spce水模型。
展開 基于FLUENT的某噴管內(nèi)氣液流動(dòng)
關(guān)鍵詞：FLUENT，噴管，VOF模型，計(jì)算流體力學(xué)，氣液流動(dòng)
噴管是一種通過改變管段內(nèi)壁的幾何形狀以加速氣體的裝置，使用FLUENT對(duì)某類似噴管的裝置進(jìn)行氣液流動(dòng)數(shù)值模擬，可以直觀的看到裝置內(nèi)部氣液流動(dòng)情況和相分布，進(jìn)一步可以通過詳細(xì)的數(shù)值模擬可以對(duì)其進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)下的流場(chǎng)分析，探索更優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
利用FLUENT軟件對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，首先建立三維模型，為便于數(shù)值計(jì)算，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。網(wǎng)格劃分時(shí)對(duì)其施加一定的控制（如曲率和偏度）以提高網(wǎng)格質(zhì)量，綜合得到網(wǎng)格質(zhì)量大于0.3，認(rèn)為網(wǎng)格質(zhì)量滿足仿真需求。為了提高仿真精度，對(duì)模型的局部網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理。隨后設(shè)置了仿真參數(shù)，以空氣和水作為流體介質(zhì)，即確定了流體密度、粘度等參數(shù)。多相流模型使用Mixture模型，求解方式選用Coupled，選用二階迎風(fēng)格式，松弛因子默認(rèn)。采用SST k-omega湍流模型來描述流體的湍流特性。后續(xù)可以通過改變操作參數(shù)對(duì)其進(jìn)行更為細(xì)致的數(shù)值模擬，以進(jìn)一步探究其流場(chǎng)分布。幾何模型如圖1所示，網(wǎng)格劃分如圖2所示。
圖1幾何模型
圖2網(wǎng)格劃分
噴管初始相分布如圖3所示，數(shù)值模擬過程中給定入口流速，噴管吸入氣體，初始?jí)毫Ψ植既鐖D4所示。
圖3初始相分布
圖4初始?jí)毫Ψ植?計(jì)算迭代2000步時(shí)，噴管內(nèi)云圖顯示相分布如圖5所示，流線顯示相分布跡線分布如圖6所示。
圖5云圖顯示相分布
圖6 流線顯示相分布
圖7跡線分布
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展開 接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破
接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破碎，pbm顆粒碰撞長(zhǎng)大，udf碰撞機(jī)理，動(dòng)量源，質(zhì)量源，能量源，顆粒壁面吸附，初始化溫度場(chǎng)，流場(chǎng)相關(guān)udf等。
：基于液體門控技術(shù)的新型磁彈性膜實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)氣/液釋放調(diào)控
圖1 液體門控磁彈性膜的制備及自驅(qū)動(dòng)氣/液釋放示意圖
圖2 磁彈性膜的磁性能、應(yīng)力-應(yīng)變行為、磁響應(yīng)形變性、浸潤(rùn)性和液體門控磁彈性膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性
圖3 液體門控磁彈性膜系統(tǒng)的門控行為、循環(huán)穩(wěn)定性、氣/液分離和防污行為
圖4 液體門控磁彈性膜系統(tǒng)氣/液釋放調(diào)控及氣/液混合物含量監(jiān)測(cè)的應(yīng)用展示
視頻1 基于液體門控磁彈性膜系統(tǒng)的可視化氣/液混合物含量監(jiān)測(cè)
以上研究成果近期以“Liquid Gating Meniscus-Shaped Deformable Magnetoelastic Membranes with Self-Driven Regulation of Gas/Liquid Release”為題發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202107327）。廈門大學(xué)博士生劉靜、碩士生徐雪、雷奕為該工作共同第一作者，廈門大學(xué)侯旭教授為通訊作者。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFA0209500），國(guó)家自然科學(xué)基金（52025132、21975209、21621091）等資助和支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107327
通訊作者簡(jiǎn)介：侯旭教授，國(guó)家杰出青年基金獲得者、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、閩江科學(xué)傳播學(xué)者（首批）等。
展開 Ansys氣液設(shè)備典型應(yīng)用
氣液兩相混合設(shè)備（如生物反應(yīng)器）
設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)
‐ 設(shè)備在放大和縮小過程中，了解性能的變化
‐ 了解氣體停留時(shí)間，氣含率的分布
‐ 防止氣體短路
‐ 傳質(zhì)速率預(yù)測(cè)
‐ 防止渦流形成
‐ 限制剪切速率
Ansys技術(shù)方案
‐ ANSYS CFD仿真可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、氣液兩相的仿真，液相和氣相場(chǎng)可視化、可以進(jìn)行氣泡停留時(shí)間預(yù)測(cè)、氣泡大小分布評(píng)估、傳質(zhì)率 (KLa 預(yù)測(cè))、獲得剪切率
推薦Ansys模塊
‐ Ansys CFD Premium + HPC Pack
Gas distribution in a reactor
蒸發(fā)冷凝
設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)
- 冷卻液溫度對(duì)冷凝效果的影響
- 冷卻液損失分析
‐ 蒸發(fā)預(yù)測(cè)
‐ 冷凝對(duì)管材的影響
Ansys技術(shù)方案
‐ ANSYS CFD內(nèi)部含有豐富的多相模型，冷凝和蒸發(fā)模型，SMB 沸騰模型，能夠幫助計(jì)算蒸汽、液體和冷凝水的體積分?jǐn)?shù)，研究冷卻液損失對(duì)熱交換器性能的影響，管材和殼體上的熱負(fù)荷和結(jié)構(gòu)載荷
推薦Ansys模塊
‐ CFD Premium + HPC pack+ Mechanical Enterprise + ncode
Condensation profile on heat exchanger tubes
鼓泡塔
設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)
- 鼓泡塔具有良好的傳熱性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造等特點(diǎn)，在石化石化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但鼓泡塔內(nèi)涉及復(fù)雜的多相流動(dòng)，致使反應(yīng)器設(shè)計(jì)放大存在困難
- 在不同操作條件下存在明顯的流型轉(zhuǎn)變
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實(shí)現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計(jì)算
同時(shí)，針對(duì)熱管內(nèi)部的微小通道結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)測(cè)量難度大、測(cè)試設(shè)備成本高等問題，通過相變的仿真計(jì)算，可以高精度模擬毛細(xì)力現(xiàn)象、蒸發(fā)器的液體沸騰換熱現(xiàn)象以及冷凝器的高溫蒸汽冷凝現(xiàn)象，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)氣液兩相的體積分?jǐn)?shù)、介質(zhì)以及壁面的溫度。
此外，通過仿真手段，有效的減少熱管設(shè)計(jì)前期的部件和整體試驗(yàn)次數(shù)，研發(fā)周期縮短2/3，整體的人力成本和試驗(yàn)設(shè)備成本減少一半以上。
通過一段時(shí)間的使用，客戶給予了積極的反饋：“軟件可自動(dòng)生成笛卡爾網(wǎng)格，比Fluent等軟件節(jié)約一半以上的時(shí)間；同時(shí)，具備多種蒸發(fā)和冷凝等相變算法，能夠運(yùn)用在不同的場(chǎng)景；軟件還可以針對(duì)不同的材料，進(jìn)行多孔介質(zhì)和毛細(xì)力計(jì)算，這點(diǎn)優(yōu)于同類軟件；軟件能夠較為逼真的復(fù)現(xiàn)熱管相變冷卻的整個(gè)流程和現(xiàn)象，達(dá)到國(guó)際主流cfd軟件的計(jì)算精度。”
方案總結(jié)
本軟件可以對(duì)流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢(shì)，并與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。以用戶提供的某型熱管物理參數(shù)為輸入，可以仿真計(jì)算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢(shì)，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，趨勢(shì)一致。
相變和瞬態(tài)計(jì)算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點(diǎn)。本軟件通過算法和工程實(shí)踐相結(jié)合，可以高精度的模擬環(huán)路熱管中吸液芯的毛細(xì)現(xiàn)象、蒸發(fā)冷凝等相變過程，填補(bǔ)國(guó)產(chǎn)軟件在這個(gè)領(lǐng)域的空白，同時(shí)計(jì)算精度和效率比肩國(guó)外主流軟件。
基于軟件在沸騰換熱、冷凝換熱和毛細(xì)力現(xiàn)象等方面有高精度的預(yù)測(cè)能力，所以可以在化工、核電、汽車、電子電器、生物等相變換熱場(chǎng)景較多的行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。
展開 氣液分離器分離效率研究
針對(duì)最近做的一個(gè)氣液分離器分離效率研究的課程，總結(jié)了一下，由于原始模型數(shù)據(jù)某種原因不能展示，此處建立了一個(gè)簡(jiǎn)單模型旨在說明類似問題的解決方法。
選用MIXTURE模型實(shí)現(xiàn)多相流的模擬，此處也可以選用歐拉模型，計(jì)算量較MIXTURE大得多，結(jié)果會(huì)精確一些。穩(wěn)態(tài)計(jì)算，轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪部分使用MRF實(shí)現(xiàn)，初始化一個(gè)液面高度，幾何模型如下所示：
入口處設(shè)置響應(yīng)相的速度和體積百分?jǐn)?shù)，上部出口主要流出氣體，側(cè)面出口主要流出液體，該分析旨在討論相應(yīng)工況下（轉(zhuǎn)速，入口氣體體積百分?jǐn)?shù)，出口位置，入口位置等）對(duì)氣體分離效率的影響，設(shè)置葉輪轉(zhuǎn)速。
劃分網(wǎng)格，分別劃分靜止區(qū)域網(wǎng)格和旋轉(zhuǎn)區(qū)域網(wǎng)格，通過MERGE將兩組網(wǎng)格組合起來，設(shè)置INTERFACE實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。如下圖所示：
初始化一個(gè)液位高度，如下圖所示：
進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，監(jiān)測(cè)兩個(gè)出口和入口處氣體、液相的流入流出質(zhì)量流量和相應(yīng)體積百分?jǐn)?shù)，帶到穩(wěn)定后即可認(rèn)為計(jì)算收斂，收斂后提取相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過分離效率公式即可以得出該設(shè)備在數(shù)值計(jì)算中的分離效率，通過數(shù)值分析可以很快低成本的優(yōu)化裝置設(shè)備，提高分離效率。
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