mixture多相流的案例
【多相流】mixture模型的Interfacial Area Concentration（13）
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(yù)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(dǎo)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 【多相流】mixture模型的滑移速度和體積分數(shù)（11）
1 相對(滑移)速度和漂移速度
2 次相的體積分數(shù)方程
【多相流】mixture模型-連續(xù)、動量和能量方程（10）
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(fēng)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(dāng)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(dāng)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 FLUENT多相流案例之一：基于Mixture模型的水蒸氣相變傳熱傳質(zhì)過程 ￥499
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(dǎo)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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“神工坊”高性能工業(yè)仿真平臺｜Fluent軟件并行效率測試
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。
展開 銳緣孔氣穴現(xiàn)象模擬：高入口壓力
物質(zhì)屬性
計算物質(zhì)設(shè)置為水和水蒸氣，設(shè)置它們的密度等參數(shù)
多相流模型
（1）選擇Mixture多相流模型
（2）主相設(shè)為水，次相為蒸汽
（3）激活空化模型
湍流模型
選擇標準k-epsilon模型
邊界條件
（1）設(shè)置壓力入口邊界條件
（2）出口邊界采用壓力出口邊界條件
（3）計算域下邊緣為對稱軸，上側(cè)壁面為無滑移邊界
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結(jié)果
計算域云圖展示
（1）速度云圖
（2）水蒸汽體積百分比云圖
計算值與實驗值對比
流量系數(shù)數(shù)值對比，流量系數(shù)=質(zhì)量流量/（界面面積*sqrt（2*密度*進出口壓差））
參考文獻
W.H. Nurick, “Orifice Cavitation and Its Effects on Spray Mixing”. Journal of Fluids Engineering, Vol.98, pp. 681-687, 1976
展開 銳緣孔氣穴現(xiàn)象模擬：低入口壓力
物質(zhì)屬性
計算物質(zhì)設(shè)置為水和水蒸氣，設(shè)置它們的密度等參數(shù)
多相流模型
（1）選擇Mixture多相流模型
（2）主相設(shè)為水，次相為蒸汽
（3）激活空化模型
湍流模型
選擇標準k-epsilon模型
邊界條件
（1）設(shè)置壓力入口邊界條件
（2）出口邊界采用壓力出口邊界條件
（3）計算域下邊緣為對稱軸，上側(cè)壁面為無滑移邊界
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結(jié)果
計算域云圖展示
（1）速度云圖
（2）水蒸汽體積百分比云圖
計算值與實驗值對比
流量系數(shù)數(shù)值對比，流量系數(shù)=質(zhì)量流量/（界面面積*sqrt（2*密度*進出口壓差））
參考文獻
W.H. Nurick, “Orifice Cavitation and Its Effects on Spray Mixing”. Journal of Fluids Engineering, Vol.98, pp. 681-687, 1976
展開 Fluent筆記總結(jié)2
，如氣液兩相，會設(shè)置主相和次相，在邊界設(shè)置中僅需設(shè)置次相體積分數(shù)，主相體積分數(shù)為1 - 次相體積分數(shù)；
17.Fluent中，邊界值進為正，出為負；
18.做高壓空化時，空化現(xiàn)象可采用Mixture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(dāng)之前的算法收斂較好時，開啟該方式會得到相同的結(jié)果。
fluent14.5新功能
VOF
靜水壓力profile可以用于非開放明渠流動中
變化的表面張力能力能夠與CSF模型一起使用
對于設(shè)計移動的網(wǎng)格或移動參考系（MRF），用戶可以使用Relative Velocity Resistance Formulation選項以更好的預(yù)測多孔介質(zhì)源
用戶現(xiàn)在可以通過線性/非線性波疊加的方法生成隨機/規(guī)則的波
用戶現(xiàn)在可以使用Solitar/Cnoidal波理論生成包含有限波幅的淺水波
歐拉多相流模型
Grace等及Tomiyama等的阻力模型在混合多相流及歐拉多相流中已經(jīng)被實現(xiàn)
在使用mixture及歐拉多相流中可以使用阻力修正因子。阻力修正因子能夠給予Brucato修正、UDF或常量來實現(xiàn)。
附加的升力模型被增加到歐拉多相流中。saffman-mei及Legendre-Magnaudet模型被引入。
當(dāng)使用歐拉多相流模型時，現(xiàn)在可以包含壁面潤滑力了
在使用歐拉多相流時，對于湍流彌散提供了附加模型。
當(dāng)使用mixture模型時，粘性對話框中Turbulent Drift Force被更名為Mixture Drift Force。
加入新的模型計算多相湍流模型中的分散相影響。
用于相間熱傳遞的Tomiyama模型被添加至歐拉多相流模型中
在使用歐拉多相流模型時，用戶可以選擇代數(shù)模型計算界面區(qū)域。
當(dāng)使用歐拉多相流用于兩相氣液流動時，可以使用degassing邊界條件了。
展開 案例教程|沸騰傳熱傳質(zhì)
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。
物理模型
2D方形容器，底部為壓力出口邊界，底部為200℃恒溫邊界，四周為絕熱邊界，容器內(nèi)水的溫度為99℃。
【轉(zhuǎn)載】Fluent中殘差曲線continuity不收斂的問題
用于可壓縮流動，不能用于多孔介質(zhì)、階躍、風(fēng)扇、VOF/MIXTURE多相流。
（5）Body
Force
Weighted體積力。當(dāng)體積力很大時，如高雷諾數(shù)自然對流或高回旋流動中采用此格式。
fluent入門一般問題（五）
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。
Interpolation schemes for calculating cell-face pressures when using the segregated solver in FLUENT are available as follows:
Standard – The default scheme; reduced accuracy for flows exhibiting large surface-normal pressure gradients near boundaries (but should not be used when steep pressure changes are present in the flow – PRESTO! scheme should be used instead.)
PRESTO!
展開 氣液分離器分離效率研究
選用MIXTURE模型實現(xiàn)多相流的模擬，此處也可以選用歐拉模型，計算量較MIXTURE大得多，結(jié)果會精確一些。穩(wěn)態(tài)計算，轉(zhuǎn)動葉輪部分使用MRF實現(xiàn)，初始化一個液面高度，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數(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，入口氣體體積百分數(shù)，出口位置，入口位置等）對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實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。如下圖所示：
初始化一個液位高度，如下圖所示：
進行穩(wěn)態(tài)計算，監(jiān)測兩個出口和入口處氣體、液相的流入流出質(zhì)量流量和相應(yīng)體積百分數(shù)，帶到穩(wěn)定后即可認為計算收斂，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。
展開 基于FLUENT的三通管流體混合
昨夜杏花雨落
關(guān)鍵詞：FLUENT，三通管，Mixture模型，計算流體力學(xué)，流體混合
利用FLUENT軟件對三通管內(nèi)流體混合過程進行數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬手段對其幾何結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可以探索得到其最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，主要評價指標為相體積分數(shù)和湍動能。以某一確定結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的三通管為例進行以下數(shù)值模擬流程介紹。通過精細的網(wǎng)格劃分和仿真設(shè)置，模擬了三通管內(nèi)部的流場特性，以云圖方式顯示了三通管內(nèi)部流場的速度分布、壓力分布、相體積分數(shù)分布和湍動能分布。
在仿真過程中，首先建立三通道的三維模型。為提高仿真精度，對模型進行了poly網(wǎng)格劃分。隨后設(shè)置仿真參數(shù)，包括流體密度、粘度等參數(shù)。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(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。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
初始體積分數(shù)分布如圖3所示：
圖3初始體積分數(shù)分布
流體流動2s時刻，體積分數(shù)分布、速度分布、壓力分布及湍動能分布如圖4、圖5、圖6和圖7所示：
圖4 2s時刻體積分數(shù)分布
圖5 2s時刻速度分布
圖6 2s時刻壓力分布
圖7 2s時刻湍動能分布
最后，有需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)
展開 【轉(zhuǎn)】Fluent你知多少？【第三期】更新完成
12、Fluent的離散相模型和多相流模型有什么區(qū)別，多相流模型中的相是否必須是流體，固體顆粒行不行？
答：http://wenku.baidu.com/view/da2c1622aaea998fcc220ef5
.html這個解釋很詳細，多相流可以是固體可以，液加固，氣加固都是可以計算的
13、fluent計算流體時，怎么解決出口質(zhì)量流量監(jiān)測變化曲線一直處于震蕩較大狀態(tài)的問題？
答：監(jiān)視的殘差量級改小一些，再算一段時間，看看什么結(jié)果
14、如何在fluent中查看湍流粘性比超標的網(wǎng)格在哪塊？
答：計算的時候就自己提示了可以修改限制范圍
15、Fluent中，在可壓縮流體條件下，如何設(shè)置速度入口邊界條件？
答：理想氣體可壓 不支持,看你是隨著壓力變化還是溫度變化
16、fluent 怎么導(dǎo)入多個部件的網(wǎng)格？
比如水泵是分為多個部分來畫網(wǎng)格的，怎么導(dǎo)入同一個Fluent來計算呢？
答：fluent中
MESH-----ZONE-----Append
case
&
date
file
選項
讀入多個文件
17、FLUENT模擬，兩種氣體物質(zhì)從不同入口噴入，混合,沒有化學(xué)反應(yīng),選用哪種模型看混合程度和流場分布？
答：看你的描述，選擇湍流模型或者層流即可，計算完后看流場分布
18、如何理解“理想流體”和“粘性流體”？
答一：流體在靜止時雖不能承受切應(yīng)力，但在運動時，對相鄰的兩層流體間的相對運動，即相對滑動速度卻是有抵抗的，這種抵抗力稱為粘性應(yīng)力。流體所具備的這種抵抗兩層流體相對滑動速度，或普遍說來抵抗變形的性質(zhì)稱為粘性。粘性的大小依賴于流體的性質(zhì)，并顯著地隨溫度變化。實驗表明，粘性應(yīng)力的大小與粘性及相對速度成正比。
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