mixture多相流
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-11-16
mixture多相流的視頻教程
Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課（八）多相流Mixture
此頁面為《Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課》中的第八個案例——多相流Mixture 一、講師介紹：隨波逐流 技術(shù)鄰知名講師，技術(shù)鄰用戶購課累計1000+人次！好評無數(shù)！
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基于mixture多相流模型的水沸騰模擬
fluent多項流nixture模型仿真基本通用流程； 詳細介紹fluent蒸發(fā)冷凝模型理論，參數(shù)設(shè)置過程與注意事項； meshing網(wǎng)格劃分過程； CFD-POST后處理過程； 提供源文件與答疑過程；
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基于mixture多相流模型離心泵空化模擬
1.fluent多項流mixture模型仿真基本通用流程； 2.空化模型原理，參數(shù)設(shè)置； 3.fluent后處理過程； 4.提供源文件與答疑過程；
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mixture多相流的實例教程
使用非顆粒狀次相的混合多相流模型時，fluent可以通過以下兩種方式計算界面面積:
使用傳輸方程的界面面積濃度，這考慮到氣泡直徑的分布和合并/破裂效應(yīng)。
使用指定氣泡直徑和界面面積密度之間的代數(shù)關(guān)系。
基于輸運方程的界面面積濃度(IAC)模型和代數(shù)模型之間的關(guān)鍵區(qū)別在于，代數(shù)模型假設(shè)界面是球形的，而IAC模型可以通過輸運方程的解直接預測界面面積濃度。
1 基于輸運方程的模型
在一個離散的(顆粒)和一個連續(xù)的兩相流系統(tǒng)中，離散相或顆粒的尺寸和分布會由于生長(顆粒間的傳質(zhì))、壓力變化引起的膨脹、聚結(jié)、破碎和/或成核機制而迅速變化。種群平衡模型很好地捕捉了這一現(xiàn)象，但由于需要用矩方法求解幾個輸運方程，需要較多計算資源，如果使用離散方法，則需要更多的計算資源。界面面積濃度模型對每個次相采用單一的輸運方程，并且特別適用于液體中的氣泡流動。界面面積濃度的輸運方程可以寫成：
界面面積濃度的源項有Hibiki-Ishii模型和Ishii- kim模型兩套，它們基于Ishii等人的研究成果。根據(jù)他們的研究，相互作用的機制可以歸納為五類:
由于湍流驅(qū)動的隨機碰撞而形成的合并；
由于湍流渦流的影響而破裂；
由尾跡夾帶引起的合并；
從大氣泡中分裂出的小氣泡；
由于氣泡表面的流動不穩(wěn)定而導致大氣泡破裂。
在Fluent中，只考慮前三種影響。
1.1 Hibiki-Ishii Model
1.2 Ishii-Kim Model
重要提示： 目前，該模型僅適用于兩相流態(tài)，一相為氣相，另一相為液相，即氣泡柱應(yīng)用。但是，你可以使用udf來包含自己的界面區(qū)域濃度模型，它可以應(yīng)用于其他流態(tài)。
展開 1 相對(滑移)速度和漂移速度
2 次相的體積分數(shù)方程
關(guān)注公眾號：“CFD流”
1 mixture模型概述
Mixture模型是一種簡化的歐拉多相流模型，它有非常廣泛的應(yīng)用。它可以用來模擬相以不同的速度運動的多相流，但假設(shè)在較短的空間尺度上是局部平衡的。該模型還可用于具有很強耦合作用和相運動速度相同的均相多相流模型，并可用于計算非牛頓流體粘度。Mixture模型可以通過求解混合物的動量、連續(xù)和能量方程、次相的體積分數(shù)方程和相對速度的代數(shù)表達式來模擬n相(流體或顆粒)的多相流。典型的應(yīng)用包括：沉降、旋風分離器、低載荷的顆粒流和低體積分數(shù)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(guī)律未知或其可靠性受到質(zhì)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(shù)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(zhì)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(guān)公式與MRF和mixture模型結(jié)合使；
Mixture模型不允許無粘性流動；
當DPM模型與mixture模型聯(lián)合跟蹤粒子時，無法選擇共享內(nèi)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。)
展開 最初，容器內(nèi)的水(初相)的溫度接近沸點(372k)，容器底壁的中心部分的溫度為573 K，高于沸點。由于熱傳導作用，在超過飽和溫度(373K)時，近壁流體的溫度將升高。同時考慮浮力的作用，蒸汽泡會形成并上升，形成一種類似于氣泡柱的模式，蒸汽從頂部逸出，水在容器內(nèi)循環(huán)。
使用UDF定義熱源，總歸需要定義三個源項
收費文件列表
二、 Fluent并行效率測試
1、模型介紹
本次測試共有兩個模型，一個是一個離心泵的空化仿真，是一個Mixture多相流問題，另一個是一個發(fā)動機內(nèi)流仿真模型，兩個模型都來自于胡坤老師的公眾號，在原網(wǎng)格基礎(chǔ)上進行了加密。
表1 模型描述
2、并行測試方案介紹
本次并行測試基于國家超算無錫中心高性能仿真計算集群進行，計算隊列每個節(jié)點包含2路12核E5-2680V3處理器，主頻2.5GHz，每個節(jié)點128GB DDR4內(nèi)存。
測試時分別使用了單核，24核（一個節(jié)點），48核，72核，96核及120核進行計算。
3、測試結(jié)果
并行測試結(jié)果如下所示：
4、測試結(jié)果對比
將case2的測試結(jié)果與Fluent官方及第三方超算測試情況進行對比，結(jié)果如下圖所示：
其中，F(xiàn)luent官方測試案例是飛機機翼上方的外部氣流穩(wěn)態(tài)流場仿真，網(wǎng)格規(guī)模1400萬；第三方超算測試案例是卡車車身外部穩(wěn)態(tài)流場仿真，網(wǎng)格規(guī)模1400萬。
備注：因無法找到相同的仿真算例，故選擇了網(wǎng)格規(guī)模接近的算例進行對比，且各方測試并行規(guī)模也不完全一致，為方便對比，均轉(zhuǎn)換成按節(jié)點數(shù)進行對比（作者：周捍瓏）。
十四五期間，工業(yè)數(shù)字化將是工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主路線。“神工坊”秉持“算力賦能、協(xié)同創(chuàng)新”的理念，爭做“先進算力到仿真算能的轉(zhuǎn)換器”、“離散機理和垂直仿真場景的連接器”，助力我國工程仿真技術(shù)實現(xiàn)跨越發(fā)展，支撐重大裝備研制創(chuàng)新和工業(yè)設(shè)計研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
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mixture多相流的最新內(nèi)容
基于FLUENT的三通管流體混合9個月前
采用SST k-omega模型來描述流體的流動特性，使用Mixture模型作為多相流模型。后續(xù)可以通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對其進行更為細致的數(shù)值模擬，以進一步優(yōu)化其流場分布效果，找到所需最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)。
建立幾何模型時對其進行適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化便于數(shù)值模擬過程，網(wǎng)格劃分時對其施加一定的控制（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。
采用基于無滑移假設(shè)的 Mixture 多相流模型描述自然空化的兩相流動，該模型假定氣、液界面處的流體速度連續(xù)，液相和氣相之間不存在速度滑移，將氣、液兩相視為一種流體—混合相來進行處理，相應(yīng)的控制方程如下。
多相流模型及Zwart Gerber Belamri空化模型進行模擬；
19.Pseudo Transient（偽瞬態(tài)）：網(wǎng)上解釋為該方式以另一種方式定義亞松弛因子，當之前的算法收斂較好時，開啟該方式會得到相同的結(jié)果。
本案例來源于Fluent官方教程，基于Mixture多相流模型及Evaporation-Condensation模型模擬沸騰中的傳熱傳質(zhì)過程。
二、 Fluent并行效率測試
1、模型介紹
本次測試共有兩個模型，一個是一個離心泵的空化仿真，是一個Mixture多相流問題，另一個是一個發(fā)動機內(nèi)流仿真模型，兩個模型都來自于胡坤老師的公眾號，在原網(wǎng)格基礎(chǔ)上進行了加密。
界面面積濃度（Interfacial Area Concentration）定義為單位混合體積內(nèi)兩相之間的界面面積。這是預測質(zhì)量、動量和能量在相界面間傳遞的一個重要參數(shù)。使用非顆粒狀次相的混合多相流模型時，fluent可以通過以下兩種方式計算界面面積:
使用傳輸方程的界面面積濃度，這考慮到氣泡直徑的分布和合并/破裂效應(yīng)。
使用指定氣泡直徑和界面面積密度之間的代數(shù)關(guān)系。
1 相對(滑移)速度和漂移速度
2 次相的體積分數(shù)方程
關(guān)注公眾號：“CFD流”
1 mixture模型概述
Mixture模型是一種簡化的歐拉多相流模型，它有非常廣泛的應(yīng)用。它可以用來模擬相以不同的速度運動的多相流，但假設(shè)在較短的空間尺度上是局部平衡的。該模型還可用于具有很強耦合作用和相運動速度相同的均相多相流模型，并可用于計算非牛頓流體粘度。Mixture模型可以通過求解混合物的動量、連續(xù)和能量方程、次相的體積分數(shù)方程和相對速度的代數(shù)表達式來模擬
注意：Second Order格式不可以用于多孔介質(zhì)；在使用VOF和Mixture多相流模型時，只能使用PRESTO或Body Force Weighted格式。
關(guān)于壓力插值格式的詳細內(nèi)容，請參考Fluent用戶手冊。
最初，容器內(nèi)的水(初相)的溫度接近沸點(372k)，容器底壁的中心部分的溫度為573 K，高于沸點。由于熱傳導作用，在超過飽和溫度(373K)時，近壁流體的溫度將升高。同時考慮浮力的作用，蒸汽泡會形成并上升，形成一種類似于氣泡柱的模式，蒸汽從頂部逸出，水在容器內(nèi)循環(huán)。
使用UDF定義熱源，總歸需要定義三個源項
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