ansys氣液仿真的案例
2025大賽優秀作品 | 基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究
作者： 李炎杰 | 華東理工大學 碩士研究生
關鍵詞：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實踐看，Ansys Fluent 的多相流與群體平衡模型（PBM）耦合能力，精準攻克了旋流場中氣泡破碎、聚并及氣液傳質耦合等微觀瞬態過程的觀測難題。其參數化仿真功能，讓射流口、旋流腔等關鍵結構的優化迭代擺脫了傳統實驗的桎梏，可直接通過仿真定量分析驗證。而仿真與實驗數據的高度契合，不僅筑牢了模型可靠性根基，更幫我們實現從 “現象觀察” 到 “機制解析” 的跨越，深刻體會到 Ansys 工具在突破實驗邊界、加速新型氣液分離設備研發中的獨特賦能。
氣液傳質分離是化工、環保領域硫化氫脫除的核心過程，廣泛應用于油氣凈化、廢水處理等工業場景。傳統脫氣技術如篩板塔、填料塔依賴重力場驅動傳質，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實驗法優化設備結構周期長、成本高昂。本研究設計新型平板旋流解吸器（PCD），通過旋流場強化氣液剪切與混合效應突破傳統局限。
展開 Ansys氣液設備典型應用
氣液兩相混合設備（如生物反應器）
設計中的難點
‐ 設備在放大和縮小過程中，了解性能的變化
‐ 了解氣體停留時間，氣含率的分布
‐ 防止氣體短路
‐ 傳質速率預測
‐ 防止渦流形成
‐ 限制剪切速率
Ansys技術方案
‐ ANSYS CFD仿真可以進行穩態、瞬態、氣液兩相的仿真，液相和氣相場可視化、可以進行氣泡停留時間預測、氣泡大小分布評估、傳質率 (KLa 預測)、獲得剪切率
推薦Ansys模塊
‐ Ansys CFD Premium + HPC Pack
Gas distribution in a reactor
蒸發冷凝
設計中的難點
- 冷卻液溫度對冷凝效果的影響
- 冷卻液損失分析
‐ 蒸發預測
‐ 冷凝對管材的影響
Ansys技術方案
‐ ANSYS CFD內部含有豐富的多相模型，冷凝和蒸發模型，SMB 沸騰模型，能夠幫助計算蒸汽、液體和冷凝水的體積分數，研究冷卻液損失對熱交換器性能的影響，管材和殼體上的熱負荷和結構載荷
推薦Ansys模塊
‐ CFD Premium + HPC pack+ Mechanical Enterprise + ncode
Condensation profile on heat exchanger tubes
鼓泡塔
設計中的難點
- 鼓泡塔具有良好的傳熱性能、結構簡單易于制造等特點，在石化石化領域有著廣泛的應用，但鼓泡塔內涉及復雜的多相流動，致使反應器設計放大存在困難
- 在不同操作條件下存在明顯的流型轉變
展開 解決氣液兩相流仿真難題，這款國產自主的流體力學仿真軟件有哪些特色？
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。
展開 2025大賽優秀作品 | 氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
“Ansys 2025 全球仿真大會”
仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設計高級系統工程師
關鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設計優化
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冷凝相變現象。綜合考慮軟件功能豐富性、模型自定義的可行性、以及學術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。
對六種不同蒸發流道的仿真結果顯示，優化方案對比無流道可提升蒸發量29%
熱管、VC等兩相散熱部件在各類電子產品中應用廣泛，是解決局部高熱流密度散熱問題的重要方案。兩相部件內傳熱傳質機理復雜，當前業界主要通過打樣實測的方式研究，缺乏有效的仿真正向設計方法。本研究梳理了兩相流仿真技術的情況，基于Ansys Fluent VOF+Lee模型的方法建立了正向設計能力，開展重力熱管、蒸發流道、3D散熱器的仿真實踐，仿真精度達到80%以上，指導了散熱器的設計優化，具有良好的工程價值。此外，本研究思考并提出未來氣液兩相流仿真的發展方向，為行業提供了參考。
展開 
案例分享 | 利用MSC Cradle分散多相流的功能進行氣液二相流的仿真
仿真目的
船舶用的污水處理裝置要求超小型和高效化。
作為裝置內部高性能的一環，如下圖所示，散氣管的曝氣量的均衡很重要。
本研究中，利用MSC Cradle，通過對分散多相流仿真功能進行氣液二相流仿真，對曝氣量進行考察和驗證，并進行散氣管形狀的優化設計。
標準參數
構造圖
大晃船舶污水處理裝置 SBH系列
仿真算例
圖1是在一定的流入條件下，從曝氣管出來的噴出空氣量分布的仿真結果。感覺上離空氣源近的地方空氣吹出的量會多一些，而一旦當空氣充滿后，出現了與想象相反的現象。如下圖2所示，散氣管內的流速分布受到空氣噴出孔徑和配置的影響，改變了噴出后空氣擴展分布。因為仿真結果與實驗結構基本吻合，在此基礎上利用仿真進行散氣管形狀的優化設計。
圖1
圖2
小結
利用MSC Cradle可以不用進行實際的曝氣池實驗，而通過仿真來設計船用污水處理裝置內的散氣管。根據仿真結果的指導設計并制作了設備，設計出的設備能夠均勻的曝氣，再一次證明了MSC Cradle可以作為開發設計階段的重要工具。
展開 VirtualFlow | 熱管相變換熱仿真，支持不同尺度的氣液兩相相變計算
它具備氣液兩相模型，能夠模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質、微納結構等吸液芯的毛細潤濕和蒸發過程，預測毛細能力及蒸發換熱性能。
支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結和核態沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。
軟件支持熱限制模型與RPI壁面沸騰模型，并開發有先進的的壁面冷凝模型，可根據此對池沸騰、大空間冷凝相變、壁面相變等進行數值模擬。
在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發相變，觸發熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結構對虹吸過程流量、流速的影響。
軟件能夠根據計算的兩相流動狀態自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態包括界面流、離散相以及混合流，提升計算準確性。
利用高精度的界面捕捉技術進行數值仿真計算，可以計算不同毛細數對微通道內氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質量移動的馬蘭戈尼效應。
通過使用VirtualFlow軟件對環路熱管進行相變換熱仿真，積鼎科技不僅幫助客戶解決了試驗測量難度大、測試設備成本高的問題，還顯著提升了研發效率，縮短了研發周期。相比傳統的試驗方法，研發周期縮短了2/3，整體的人力成本和試驗設備成本減少了一半以上。
積鼎科技的熱管領域CFD解決方案在多個行業具有廣泛的應用前景。在化工、核電、汽車、電子電器、生物等領域，相變換熱場景眾多，VirtualFlow軟件能夠為這些行業提供精準的熱管設計優化方案，助力企業提升產品性能、降低研發成本、加快上市時間。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環路熱管相變換熱模擬，實現微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
利用高精度的界面捕捉技術進行數值仿真計算，可以計算不同毛細數(capillary number)對微通道內氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質量移動的馬蘭戈尼效應。
3. 成果及效益
通過使用軟件對環路熱管進行相變換熱仿真，其蒸發器和冷凝器的溫度變化與試驗結果趨勢一致，其中蒸發器的壁溫與試驗值偏差基本控制在1.5℃以內。同時，針對熱管內部的微小通道結構，試驗測量難度大、測試設備成本高等問題，通過相變的仿真計算，可以高精度模擬毛細力現象、蒸發器的液體沸騰換熱現象以及冷凝器的高溫蒸汽冷凝現象，準確預測氣液兩相的體積分數、介質以及壁面的溫度。
此外，通過仿真手段，有效的減少熱管設計前期的部件和整體試驗次數，研發周期縮短2/3，整體的人力成本和試驗設備成本減少一半以上。
通過一段時間的使用，客戶給予了積極的反饋：“軟件可自動生成笛卡爾網格，比Fluent等軟件節約一半以上的時間；同時，具備多種蒸發和冷凝等相變算法，能夠運用在不同的場景；軟件還可以針對不同的材料，進行多孔介質和毛細力計算，這點優于同類軟件；軟件能夠較為逼真的復現熱管相變冷卻的整個流程和現象，達到國際主流cfd軟件的計算精度。”
方案總結
本軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現象及趨勢，并與理論計算比較驗證。以用戶提供的某型熱管物理參數為輸入，可以仿真計算該型熱管隨著功率變化的瞬態溫度變化趨勢，仿真獲得的結果與用戶提供的實驗結果相比較，趨勢一致。
相變和瞬態計算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點。本軟件通過算法和工程實踐相結合，可以高精度的模擬環路熱管中吸液芯的毛細現象、蒸發冷凝等相變過程，填補國產軟件在這個領域的空白，同時計算精度和效率比肩國外主流軟件。
展開 仿真案例｜使用Ansys綜合設計提高曝氣壓縮機的效率
7 利用Ansys CFD進行的三維流動模擬使大陸工業公司得以改善離心壓縮機的性能
8 通過壓縮機的總壓力變化對葉輪進行了模態分析
9 對壓氣機葉片的應力場進行了模擬，以保證其可靠性
