ansys多相流仿真的案例
多相流在仿真中的應用和展望（下）
▲ Speedo應用多相流模擬設計高性能泳鏡，由Speedo提供。
多相流仿真案例分享：全自動洗碗機
為了優化全自動洗碗機的能量使用效率和用水量，工程師運用多相流和多物理場模擬多種流型變化：從旋轉臂上的噴嘴噴出的射流、射流飛濺在餐具上形成水膜、液膜或水滴從餐具上滑落以及旋轉臂下的積水過程。
他們使用ANSYS Fluent的拉格朗日方法模擬了水噴射流以及液滴從旋轉噴射臂到餐具的完整運動過程。
■ 拉格朗日液膜模型準確模擬了噴射水流沖擊餐具形成薄膜的過程，并可計算薄膜厚度、覆蓋率以及其受噴射臂設計因子的影響。
■ VOF模型用于模擬重力引起的流動以及液膜和液滴滑落到洗碗機底部積水池的過程。
■ 蒸發和冷凝模型模擬了干燥過程。
全自動洗碗機的多相流模擬只是其完整的多物理場系統仿真的一部分，完整仿真流程還包括：ANSYS SpaceClaim快速創建初始模型和多種替代設計模型；ANSYS Mechanical進行線性和非線性仿真，以流致振動、噪音和疲勞性能為目標，優化結構設計；ANSYS Electronics and Systems提供電機、控制顯示和傳感器相關解決方案。
▲ 全自動洗碗機的瞬態多相流仿真需要多種不同的模擬功能：噴霧、液膜、體積分數、相變等。
展開 設計仿真 | 高壓反應釜深度機理多相流仿真案例
長沙有色冶金設計研究院有限公司（簡稱長沙有色院）為了應對以上技術挑戰，使用海克斯康工業軟件Cradle CFD對高壓反應釜進行了深入研究，通過仿真建立了冶煉高壓反應釜實時液位監測及優化控制系統，最終成果應用于網絡協同智能制造平臺。
Part.01
海克斯康解決方案
高壓反應釜深度機理多相流仿真
構建高壓反應釜深度機理/大數據融合的智慧大模型，是解決這一問題的有效路徑，成果基于500萬網格劃分，首次構建了采用自由液面的高壓反應釜內部氣、固、液三相耦合多場動態模型，提供了精細化管控感知數據來源，達成科研促產目的，平臺累計創效1000余萬元。
本次計算采用了海克斯康旗下的Cradle CFD軟件，該軟件具有強大的前處理功能，針對復雜模型，能夠快速劃分結構化網格為核心的多面體網格；同時具備強大的多相流功能，適應于氣、固、液等復雜多相流仿真；并且具備強大的DEM功能，對于固體顆粒物在反應釜內顆粒動力學仿真有較好的效果，同時可以后期應用于礦石篩選，輸送等仿真；并具備高魯棒性，強大后處理，易上手等特點，適合于本單位。
Part.02
關于長沙有色院
長沙有色冶金設計研究院有限公司（簡稱長沙有色院）于1953年正式成立，國家高新技術企業，是我國最早成立的大型綜合性設計研究單位之一，隸屬于中國鋁業集團有限公司，為中鋁國際工程股份有限公司的全資子公司。
展開 ANSYS FLUENT 多相流模型 附ANSYS Fluent Customization
但在多相流系統中相的概念意義更廣泛。在多相流中，相被定義為一種對浸沒其中的流體及勢場有特定的慣性響應及相互作用的可分辨的物質。例如，同一種物質的不同尺寸顆粒都可以被看作不同的相，因為相同尺寸的顆粒集合對流場具有相似的動力學響應。
多相流具有多種存在方式，以兩相體系為例，可分為：氣液多相體系；氣固多相體系；液固多相體系；不相溶的液液體系。
FLUENT中的多相流模型
ANSYS FLUENT 提供了豐富的多相流模型，被廣泛應用于能源化工、環境工程、冶金礦山、汽車、航空航天、農業、醫療等各個行業：
? Lagrangian Dispersed Phase Model (DPM)
? Volume of Fluid model (VOF)
? Eulerian Model
? Mixture Model
DPM模型：追蹤離散顆粒的運動軌跡，如噴霧干燥爐、煤粉爐、液體燃料噴霧燃燒等，顆粒噴入后，可以和連續相間進行熱量、質量和動量的傳遞；
FLUENT中引入的DDPM模型和EDM模型，更有效的考慮了顆粒間的相互碰撞和彈性力等因素，能很好的模擬密相顆粒流。
展開 通用流體仿真軟件VirtualFlow 2023：高效易用的多相流仿真平臺（免費試用）
</p><p><strong> </strong></p><p><strong>求解：計算穩定高效，在多相流及復雜湍流方面有突出優勢</strong></p><p>? 多尺度多相流模型：適用于不同尺度問題、不同流型下的兩相流和多相流計算，可處理界面追蹤、系綜平均、拉格朗日顆粒追蹤等問題。高精度界面追蹤，采用Level-Set方法在計算兩相表面張力時更為精確。</p><p>? 豐富的相變模型：提供包括直接相變模型和基于經驗公式的相變模型，且所有模型均有相關驗證支持，用戶可針對實際工況進行選用。</p><p>? 復雜流體模型：內置了粘塑性模型，包含賓漢流體、剪切稀化和觸變性；粘彈性模型，包含Oldroyd-B 流體模型、Giesekus流體模型和PTT 流體模型，可滿足非牛頓流體的計算需求；水合物模型，包括：生成模型、變異模型(輕碳至甲烷)、水合物形成中的釋熱模型、流變模型、分解模型、固體水合物融化模型。</p><p> </p><p><strong>后處理：快速呈現結果，分析樣式豐富多樣</strong></p><p>? 支持多種常規分析：如云圖、矢量圖、自定義區域、切片、等值面、流線。</p><p>? 實時在線監控：支持求解后的離線后處理分析，以及求解過程中的在線后處理監控。</p><p>? 同時支持輸出ParaView等第三方結果格式。
展開 
COMSOL多相流仿真方法
多相流通常包括氣-液、液-液、液-固、氣-固、氣-液-液、氣-液-固或氣-液-液-固混合物的流動。本系列文章主要討論氣-液和液-液混合物的建模與仿真，并簡單介紹固-氣和固-液混合物仿真。此外，我們還將介紹 COMSOL 軟件的CFD 模塊和微流體模塊中的一些案例模型和仿真策略。
不同尺度的多相流仿真
通過數值仿真可以研究不同尺度的多相流。最小的尺度在幾分之一微米左右，而最大的尺度可達幾米或幾十米。不同的尺度甚至可以相差大約 8 個數量級，最大的尺度可能比最小的尺度大 1 億倍。這表明在整個尺度范圍內，使用同一個力學模型在數值上無法解析從最小尺度到最大尺度的多相流。因此，多相流仿真通常被劃分為不同的尺度。
在較小的尺度上，可以對相邊界的形狀進行詳細建模；例如，氣泡與液體之間的氣液界面的形狀。在 COMSOL 軟件中，這種模型稱為分離多相流模型，通常使用表面追蹤法來描述此類模型。
在較大的尺度上，如果必須詳細描述相邊界，那么模型方程根本無法求解。反之，我們可以使用場，例如體積分數，來描述不同的相，而在所謂的分散多相流模型方程中，例如表面張力、浮力和相邊界之間的傳遞等相間效應被看作源和匯。
分離多相流模型詳細描述了相邊界，而分散多相流模型只考慮分散在連續相中的相的體積分數。
上圖顯示了分離和分散多相流模型的主要區別。在上述兩個示例中，均使用函數 Φ 來描述氣相和液相。但是，在分離多相流模型中，不同相之間相互排斥，并存在一個清晰的相邊界，在此邊界上相場函數 Φ 發生突變。除了追蹤相邊界的位置以外，相場函數沒有任何物理意義。
在分散多相流模型中，函數 Φ 描述了氣相（分散相）和液相（連續相）的局部平均體積分數。
展開 多相流在仿真中的應用和展望
全自動洗碗機的多相流模擬只是其完整的多物理場系統仿真的一部分，完整仿真流程還包括：ANSYS SpaceClaim快速創建初始模型和多種替代設計模型；ANSYS Mechanical進行線性和非線性仿真，以流致振動、噪音和疲勞性能為目標，優化結構設計；ANSYS Electronics and Systems提供電機、控制顯示和傳感器相關解決方案。
全自動洗碗機的瞬態多相流仿真需要多種不同的模擬功能：噴霧、液膜、體積分數、相變等。
多相流模擬仿真在核電領域的應用及展望
例如，利用機器學習算法對多相流模型進行優化和參數調整，提高模型的預測能力；通過數據挖掘技術分析多相流模擬數據，發現隱藏的物理規律和特征等；神經網絡生成代理模型，加快復雜裝備優化迭代速度。
圖 7 VirtualFlow中人工智能的應用
多相流模型在核電領域的應用廣泛而深入，涵蓋了核反應堆設計與優化、熱工水力分析、安全分析與評估、事故模擬與研究等多個方面，為核電站的安全、高效運行提供了有力的技術支持。隨著研究的不斷深入和技術的不斷發展，多相流模型在核電領域的應用前景將更加廣闊。
計算流體力學--多相流仿真專題
有關凝固?熔化仿真的討論在這一章就要結束了。現在不僅能模擬液體的凝固及固體的熔化等過程，就是包括氣相在內的氣液固三湘流的模擬，也正在成為現實可能。這樣的軟件就可以適用于各種各樣的計算模擬對象。
來源：MSC軟件
多相流在仿真中的應用和展望（上）
翻譯：趙亞 上海安世亞太流體應用工程師
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
本文共計1785字，閱讀時間預計6分鐘
編者按
作者分析了多相流的分類、仿真方法及未來發展方向，深入剖析了真實的產品案例和行業解決方案，并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解決產品設計在多相流仿真中遇到的挑戰，為企業的產品設計和生產節約成本。
無論是設計高超聲速運載工具的除冰系統、進行血液酶測試，還是輸送和熔化稀有金屬粉末化合物以進行增材制造，或是為偏遠地區配制一套過濾系統以提供潔凈的飲用水，工程師都需要考慮液體、固體和氣體之間的相互作用。在這些不盡相同的多相流應用中，每一種仿真都需要不同的建模方法。
40多年來，ANSYS開發了可以精確模擬多相流的仿真工具，已經被廣泛運用在各個工業領域，以預測產品性能。
精確的多相流仿真依賴于精確的物理模型
精確的多相流模擬依賴于各相之間的機械、熱和化學相互作用的精確預測，但是觀測這些物理過程成本高昂甚至會遇到難以觀測的問題。現在，工程師可以依靠多相流建模與仿真技術，深入了解并掌握提高效率、產量、安全性、可靠性的要素。
■ 多相流模擬可以展現隨地點位置變化的流型狀態。例如，油氣井底的流型可能完全是單相液體，但隨著高度升高，氣泡逐漸生成，流型會過渡到多相狀態。
展開 Simcenter | STAR-CCM+ 解決歐拉多相流仿真不收斂
編者薦語：
Simcenter? 軟件的獨特之處在于它將系統仿真、3D CAE 和測試集于一身，可幫助您在早期和整個產品生命周期內預測所
歐拉多相流求解是出了名的難收斂，但事實上有許多參數可以用來調節以解決收斂性問題，下面是一些典型的參數推薦值：
1. 由于相間相互作用增加了求解器的復雜性，歐拉多相計算所需的解算器下松弛因子(URF)小于單相計算中使用的松弛因子(URF)。一組典型的下松弛因子可能是：
壓力和體積分數：0.1
速度、湍流和溫度：0.3
其他：0.5
用戶可以自行微調這些參數，以獲得最優收斂性。如果有必要的話，可以降低一個數量級。上述的這些松弛因子都是ORF（Overall Relaxation factors），對于相耦合速度、體積分數等等這些的ORF是ERF（Explicit Relaxation Factor）和IRF（Implicit Relaxation Factor）的乘積。一般來說減少ERF來降低ORF。
2. 對于AMG求解器，壓力使用F循環，其他使用V循環。將AMG求解器對壓力和體積分數的收斂容差設定在1.0e-4。默認情況下最大循環數為30個，但如果需要可以增加。
3.
展開 4/12 Ansys Fluent2022R1多相流功能更新
內容簡介
Ansys Fluent一直不遺余力，不斷的引入新的模型和算法，幫助用戶更加便捷有效的解決工程中遇到的復雜多相流問題，加速仿真，幫助減少工程設計中過度依賴經驗的現狀，提高設計的性能，增加收益。本次報告將重點介紹Ansys Fluent多相流模型的更新進展以及應用案例，如VOF模型，歐拉多相流模型，DPM模型，以及模型轉換方面的更新以及部分應用實例。
時間
2022年4月12日（周二）16:00-17:00
費用
免費
講師簡介
蔣雪冬|Ansys
西安交通大學博士，2018年加入Ansys，側重于多相流領域，有著豐富的仿真經驗，主要負責能源，石油化工等領域的支持。曾在國家能源投資集團擔任仿真工程師，有多年豐富的仿真經驗和工程設計經驗。
展開 
計算流體力學--多相流仿真專題
多相流仿真中應用頻率最高的是自由表面流的仿真。它適用于諸如氣液二相流，液液二相流，氣液固三相流等各種各樣需要模擬的流動。由仿真得到的界面運動，也可以與可視化實驗結果加以比較而得到驗證。
自由表面流的仿真可以分為界面捕捉法（Interface capturing Method）和界面追蹤法（Interface Tracking Method）兩大類。如圖2.1所示那樣，所謂界面捕捉法，就是把表示界面的函數，讓其隨流體遷移流動，從而來模擬界面運動。界面捕捉法含有MAC法（Marker and Cell），LS法（Level Set）和VOF法（Volume of Fluid）等多種方法。
另一方面，界面追蹤法是根據界面元素的變形，來分析模擬界面的運動，如圖2.2所示。界面追蹤法有ALE法（Arbitrary Lagrangian and Eulerian）等等。此外，粒子法（Particle Method）也可認為是一種界面追蹤法。
圖2.1 界面捕捉法
圖2.2 界面追蹤法
兩者比較而言，界面追蹤法能夠高精度地模擬界面的運動。然而，在使用界面追蹤法時，隨著界面的變動，必須重新生成元素。如果界面的變動過大，就可能生成扭曲的元素，使計算變得不穩定。當然這也可以通過增加元素分割的數目來避免，這樣一來，就會進一步增加計算的工作量。
現在，大多數流體的仿真軟件都采用VOF法來模擬自由表面流。其理由列舉如下：首先，在1970年代，由著名的美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（即Los Alamos National Laboratory，該所于2013年迎來了成立七十周年的慶典）開發了一個程序代碼為SOLA-VOF的軟件，并把它公開了，從而使VOF法得到了廣泛的應用和普及。
展開 【9月18-21日 北京】多相流仿真計算專題
一、19個實例模型貼近工程實戰操作：
案例01：煙氣粉塵運動模擬
案例02：旋風除塵器模擬
案例03：顆粒在流體中運動及顆粒對壁面沖蝕模擬
案例04：氣力輸運過程模擬
案例05：燃油噴嘴擴張角模擬
案例06：發動機液體燃料燃燒模擬
案例07：大壩泄洪過程模擬
案例08：大壩泄洪過程模擬
案例09：河流波浪模擬
案例10：船舶行使姿態模擬
案例11：離心泵空化模擬
案例12：氣液攪拌混合器模擬
案例13：管式分離器流場模擬
案例14：流化床模擬
案例15：氣液攪拌混合反應器流場模擬
案例16：液力輸送沙粒運動模擬
案例17：蒸發過程模擬
案例18：鑄造過程模擬
案例19：泡罩塔中氣泡匯聚及破碎模擬
二、正脈與同行差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
三、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；
一個單位同時報名2人享有9折優惠；
一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠；
通過技術鄰成功參加培訓的用戶返現100元（50元現金+50元技術鄰課程抵用券）。
四、時間地點：
2019年9月18-21日 北京
（第一天報道，上課三天）
五、課程大綱：
六、培訓費用
1、3980元/人（含CAE結業證書一本），住宿可統一安排，食宿費用自理。
展開 4/14 Ansys Fluent2022R1多相流功能更新
2016年加入Ansys， 目前主要負責汽車，電子設備行業CFD產品的售前工作，曾先后從事固體火箭發動機設計，仿真CFD工具應用及工程項目咨詢工作，有八年的CFD仿真應用經驗。
點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/KF8dUUfk?source=jishulink
流體仿真軟件VirtualFlow：Level-set在多相流模擬中的應用
圖 4.7增加隔板對汽車油箱晃動的影響
4 結論
綜上所述，Level-set方法作為一種先進的多相流模擬技術，在各個工程領域都有著廣泛的應用前景，為解決實際工程中的多相流問題提供了有力的工具和支持，推動了相關領域的技術發展和創新。
作為一款國產自主的流體仿真軟件VirtualFlow，不僅具備先進的技術核心，還通過用戶友好的界面和靈活的功能設置，讓復雜的多相流模擬變得簡單易行。無論您是從事石油、水利、化工、航空航天還是交通運輸等領域的專業人士，VirtualFlow都能為您提供強大的技術支持，幫助您解決實際工程中的多相流問題，優化設計方案，提高生產效率，保障工程安全。
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