氣液兩相流仿真的案例
2025大賽優(yōu)秀作品 | 氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應用實踐
“Ansys 2025 全球仿真大會”
仿真應用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)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(shù)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(tǒng)工程師
關(guān)鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設計優(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。
對六種不同蒸發(fā)流道的仿真結(jié)果顯示，優(yōu)化方案對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)機理復雜，當前業(yè)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(shù)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(fā)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(yōu)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(fā)展方向，為行業(yè)提供了參考。
展開 解決氣液兩相流仿真難題，這款國產(chǎn)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(chǎn)軟件正在快速發(fā)展，打破國外技術(shù)壟斷，由積鼎科技自主研發(fā)的通用計算流體力學軟件VirtualFlow便是其中的引領(lǐng)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(yè)場景中為國內(nèi)眾多行業(yè)提供有效解決方案。
氣液兩相流：復雜而關(guān)鍵的流動現(xiàn)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(tài)。這種看似常見的現(xiàn)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(shù)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(yè)，電廠為提高循環(huán)熱效率設置的給水加熱器，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，反應塔內(nèi)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(huán)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(lǐng)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(tài)直接關(guān)系到發(fā)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(wǎng)格單元內(nèi)氣相和液相的體積分數(shù)，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(shù)，在處理復雜界面變形和拓撲變化時具有獨特優(yōu)勢，能夠更精確地捕捉氣液界面的動態(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的整體行為。
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顆粒碰撞長大，udf碰撞機理，動量源，質(zhì)量源，能量源，顆粒壁面吸附，初始化溫度場，流場相關(guān)udf等。
CFD歐拉（Eulerian）氣液兩相流作用演示
1、建模，選擇DM。
2、調(diào)整單位為毫米。
3、選擇繪圖，選擇矩形繪制。
4、繪制完成后，對矩形進行標注長度，以更改我們所需要的數(shù)據(jù)，選擇Dimensions，對長寬進行標注。（H=30mm，V=60mm）
5、選擇修改（Modify），對兩條線進行分割。
6、更改兩條短線的值（V1=V2=10mm）。
7、使草圖生成面。
8、選擇草圖的其中一條線，點擊APPLY，其他值按照圖例設置。
9、點擊generate生成面。
10、關(guān)閉DM，進行網(wǎng)格劃分。
11、右鍵點擊Mesh，選擇insert中的sizing。
12、由于模型是2維的，故要選擇定義線。
13、按住control對兩條邊進行選擇。
14、選擇完兩邊后，按照下圖進行更改。
15、重復右鍵點擊Mesh，選擇insert中的sizing。（直至所有邊選擇完）數(shù)據(jù)分別如下圖。
16、將定義的edge，由soft改為hard。
17、右鍵點擊Mesh，選擇insert中的face meshing。
18、單擊面，選擇apply
19、右鍵點擊Mesh，選擇生成網(wǎng)格。
20、點擊face meshing，按圖示選擇
展開 
CFD運用MIXTURE模擬氣液兩相流作用
CFD運用MIXTURE模擬氣液兩相流作用，mixture模型共用一套動量方程，求解混合相，可以相互融合，相與相之間存在速度差。
1、建模，打開DM。
2、調(diào)整單位為mm。
3、點擊繪圖，選擇矩形。
4、點擊測量，輸入圖中數(shù)據(jù)。
5、繪制出口入口。
6、測量并輸入以下數(shù)據(jù)。
7、點擊修改中的修剪。
8、點擊限制，使其等長。
9、使草圖生成面。
10、點擊草圖一條線，然后點擊apply。
11、點擊生成。
12、點擊mesh。
13、點擊mesh，再生成網(wǎng)格。
14、更改網(wǎng)格數(shù)。
15、定義邊界名稱。
16、關(guān)閉mesh，點擊setup。
17、按圖示輸入。
18、設置瞬態(tài)和重力加速度。
19、按圖示輸入。
20、定義材料，復制水。
21、將水設置為主相，空氣設為次相。
22、相互作用默認選擇。
展開 基于particleworks軟件的氣液兩相流分析功能介紹
兩相流耦合類型
針對實際中不同的問題模型，考慮氣體與流體之間的耦合關(guān)系。Particleworks軟件中，可以選擇FVM-Particle之間的耦合類型：one-way單向耦合、Two-way雙向耦合，確定液體是否對氣體產(chǎn)生影響。通過調(diào)整參數(shù)，可以修正風力的大小。
綜上，正確的使用FVM計算模塊，可以有效的考慮氣體與流體之間的耦合關(guān)系，實現(xiàn)對復雜兩相流的模擬仿真。在實際的工程模擬中，通常可以與試驗對標，修正FVM風力參數(shù)，可以更高效和精準地實現(xiàn)潤滑過程的模擬計算。
干貨分享 | 轉(zhuǎn)運站導料槽氣固兩相流仿真
針對常見的輸煤轉(zhuǎn)運站建立相應的幾何模型，并采用DEM-CFD氣固兩相流仿真對物料和氣流進行分析，其中使用EDEM軟件分析顆粒的運動情況，AcuSolve軟件分析氣體的運動和受力情況，得到轉(zhuǎn)運站內(nèi)氣體流速分布情況。
根據(jù)對比仿真得到的結(jié)果可知：
(1) 擋塵簾能夠有效抑塵：氣流在擋塵簾處撞擊造成能量損失，壓力降低，由于撞擊改向而形成的旋流存在有利于導料槽出口風速的降低，從而減少揚塵的產(chǎn)生；
(2) 泄壓閥起氣體分流作用：大量氣體從泄壓閥出口處逸出，使導料槽出口流量減少，有效降低誘導風帶出的揚塵；
(3) 導料槽出口位置前出現(xiàn)負壓有利于氣體回流，降低風速，減少導料槽出口位置的揚塵。
關(guān)于導料槽DEM-CFD流固耦合仿真，還需要進一步分析下列問題：導料槽長度跟物料下落速度的關(guān)系，擋塵簾的間距跟導料槽長度、物料下落速度的關(guān)系，泄壓閥的位置關(guān)系，回風管到底有沒有用，管徑跟風速、風量的關(guān)系，以及導料槽內(nèi)能不能或如何才能形成穩(wěn)定的負壓。
通過對轉(zhuǎn)運站導料槽的氣固兩相流仿真來設計轉(zhuǎn)運站結(jié)構(gòu)，控制料流速度和導料槽長度的關(guān)系，合理布置抑塵裝置，可以有效降低誘導風，減少揚塵產(chǎn)生，從而以最低的成本帶來最高的效益。
文章來源：EDEM
展開 #253 FLUENT案例-離心泵固液兩相流和空化仿真
三、固液兩相流仿真基本設置
1.穩(wěn)態(tài)計算
固液兩相時，考慮重力。
作空化仿真時，不用考慮。
2.設置湍流模型
使用標準KE湍流模型。
3.設置兩相材料
此處設置為水和作為擬流體的沙。
4.使用歐拉兩相流模型
并將上述兩相材質(zhì)分別賦到兩相成分上。
5.設置動域轉(zhuǎn)速320r/min
6.設置葉片轉(zhuǎn)速
使用相對速度，相對所在域的轉(zhuǎn)速為0r/min.
7.設置入口條件
8.設置出口條件
9.設置交界面
10.初始化后開始計算
11.空化仿真基本設置
進行空化仿真時，多相流模型需要使用Mixture模型；
需要添加氣相材料。并定義液相到氣相的空化效應；
四、基本結(jié)果
1.兩相流仿真結(jié)果
2.空化仿真結(jié)果
氣相分布圖
展開 FLUENT多相流案例之六：基于歐拉模型并考慮臭氧分解反應的流化床氣/固兩相流仿真 ￥99
本算例為仿真流化床中臭氧分解的瞬態(tài)過程。流體是臭氧和空氣的混合物，而固體是由直徑為87.75微米的沙粒組成。采用UDF定義流化過程的阻力和化學反應速率，其中流化過程的阻力表達式與FLUENT多相流案例之五：基于歐拉模型的二維均勻流化床仿真中一致。
而化學反應速度定義的UDF截圖如下：
臭氧分布結(jié)果
臭氧速度云圖
收費文件列表
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(nèi)部高性能的一環(huán)，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(yōu)化設計。
標準參數(shù)
構(gòu)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(jié)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(xiàn)了與想象相反的現(xiàn)象。如下圖2所示，散氣管內(nèi)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(jié)果與實驗結(jié)構(gòu)基本吻合，在此基礎(chǔ)上利用仿真進行散氣管形狀的優(yōu)化設計。
圖1
圖2
小結(jié)
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(nèi)的散氣管。根據(jù)仿真結(jié)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(fā)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(zhì)、微納結(jié)構(gòu)等吸液芯的毛細潤濕和蒸發(fā)過程，預測毛細能力及蒸發(fā)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(jié)和核態(tài)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(fā)有先進的的壁面冷凝模型，可根據(jù)此對池沸騰、大空間冷凝相變、壁面相變等進行數(shù)值模擬。
在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發(fā)相變，觸發(fā)熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結(jié)構(gòu)對虹吸過程流量、流速的影響。
軟件能夠根據(jù)計算的兩相流動狀態(tài)自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態(tài)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(shù)進行數(shù)值仿真計算，可以計算不同毛細數(shù)對微通道內(nèi)氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質(zhì)量移動的馬蘭戈尼效應。
通過使用VirtualFlow軟件對環(huán)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(fā)效率，縮短了研發(fā)周期。相比傳統(tǒng)的試驗方法，研發(fā)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(lǐng)域CFD解決方案在多個行業(yè)具有廣泛的應用前景。在化工、核電、汽車、電子電器、生物等領(lǐng)域，相變換熱場景眾多，VirtualFlow軟件能夠為這些行業(yè)提供精準的熱管設計優(yōu)化方案，助力企業(yè)提升產(chǎn)品性能、降低研發(fā)成本、加快上市時間。
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)強化與 PBM 仿真研究
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)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(zhì)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(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(zhì)耦合等微觀瞬態(tài)過程的觀測難題。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)實驗的桎梏，可直接通過仿真定量分析驗證。而仿真與實驗數(shù)據(jù)的高度契合，不僅筑牢了模型可靠性根基，更幫我們實現(xiàn)從 “現(xiàn)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(fā)中的獨特賦能。
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，廣泛應用于油氣凈化、廢水處理等工業(yè)場景。傳統(tǒng)脫氣技術(shù)如篩板塔、填料塔依賴重力場驅(qū)動傳質(zhì)，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實驗法優(yōu)化設備結(jié)構(gòu)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(tǒng)局限。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
可根據(jù)計算的兩相流動狀態(tài)自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態(tài)包括界面流、離散相以及混合流，在實際多相流問題中，這三種多相流問題存在空間和時間上變化的可能，軟件根據(jù)兩相之間的存在狀態(tài)可以自動采用不同的多相流模型，提升計算準確性。
利用高精度的界面捕捉技術(shù)進行數(shù)值仿真計算，可以計算不同毛細數(shù)(capillary number)對微通道內(nèi)氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質(zhì)量移動的馬蘭戈尼效應。
3. 成果及效益
通過使用軟件對環(huán)路熱管進行相變換熱仿真，其蒸發(fā)器和冷凝器的溫度變化與試驗結(jié)果趨勢一致，其中蒸發(fā)器的壁溫與試驗值偏差基本控制在1.5℃以內(nèi)。同時，針對熱管內(nèi)部的微小通道結(jié)構(gòu)，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(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，準確預測氣液兩相的體積分數(shù)、介質(zhì)以及壁面的溫度。
此外，通過仿真手段，有效的減少熱管設計前期的部件和整體試驗次數(shù)，研發(fā)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(wǎng)格，比Fluent等軟件節(jié)約一半以上的時間；同時，具備多種蒸發(fā)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(zhì)和毛細力計算，這點優(yōu)于同類軟件；軟件能夠較為逼真的復現(xiàn)熱管相變冷卻的整個流程和現(xiàn)象，達到國際主流cfd軟件的計算精度。”
方案總結(jié)
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(xiàn)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(shù)為輸入，可以仿真計算該型熱管隨著功率變化的瞬態(tài)溫度變化趨勢，仿真獲得的結(jié)果與用戶提供的實驗結(jié)果相比較，趨勢一致。
展開 Ansys 2025 仿真應用大賽結(jié)果及大會現(xiàn)場展示
?
?
?
李炎杰 | 華東理工大學 碩士研究生
作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質(zhì)強化與 PBM 仿真研究
作品簡介：在石油化工與天然氣凈化領(lǐng)域，針對傳統(tǒng)解吸技術(shù)處理溶解性硫化氫時氣液傳質(zhì)效率低、能耗高的瓶頸問題，本文基于化工過程強化理論，設計開發(fā)了平板旋流解吸器（PCD），通過氣液兩相流實驗與 Ansys Fluent 數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)探究其流動特性、傳質(zhì)機制及分離性能。實驗以空氣 - 水體系為介質(zhì)，分析了氣液流量對壓力損失、分離效率及自吸性能的影響，建立了歐拉數(shù)、分離效率與氣液雷諾數(shù)的無量綱經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式: ；數(shù)值模擬采用群體平衡模型耦合兩相流模型及 k-ε 湍流模型，揭示了旋流場內(nèi)氣泡破碎、聚并的動態(tài)演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)液體雷諾數(shù)增大可使小尺寸氣泡占比提升 40%，湍流耗散率增強 35%，且模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好，壓力損失與分離效率的最大誤差分別為 15% 和 10%。PCD 通過旋流場離心效應與高速射流剪切作用，可實現(xiàn) H?S 脫除效率 75.7%，體積傳質(zhì)系數(shù)較傳統(tǒng)篩板提升 5-13 倍，且氣含率高于 95% 的區(qū)域占比顯著優(yōu)化。Ansys Fluent 的多物理場仿真能力有效解析了氣液分布、液相流速及氣泡尺寸對傳質(zhì)過程的影響機制，為旋流解吸裝備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工業(yè)場景中溶解性氣體高效脫除提供了基于數(shù)值仿真的理論依據(jù)與技術(shù)路徑。
?
?
?
鄭植，王思宇 | 成都工業(yè)學院
作品名稱：GFRP柔性防車撞護板沖擊試驗與仿真應用研究
作品簡介：玻璃纖維增強材料（GFRP）由于具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕的特點，被廣泛應用于交通基礎(chǔ)設施防撞保護工程中。
展開 Fluent帆船航行仿真全攻略：動網(wǎng)格×多相流案例教學包（含源文件+全程操作講解視頻） ￥150
船舶在真實水域中的航行涉及復雜的流體動力學問題，尤其當船體動態(tài)運動與氣液兩相流耦合時，仿真難度呈指數(shù)級上升！本案例基于Fluent深度還原帆船航行場景，攻克兩大技術(shù)壁壘：動網(wǎng)格技術(shù)精準模擬船體運動導致的網(wǎng)格拓撲變化，避免因劇烈變形導致的求解發(fā)散；多相流VOF模型精確捕捉船體-波浪-空氣的交互細節(jié)，如興波阻力、飛濺流場及尾部渦旋，需平衡相間界面捕捉精度與計算穩(wěn)定性。案例完整提供參數(shù)化cas文件、dat文件和高適配性網(wǎng)格及逐幀講解視頻，手把手演示動網(wǎng)格參數(shù)設置、多相流收斂技巧與瞬態(tài)結(jié)果診斷，直擊仿真痛點，助您繞過數(shù)月試錯周期！無論是科研攻關(guān)、工程優(yōu)化還是教學實踐，本案例均為不可多得的實戰(zhàn)資源，購買即享“開箱即用”的高效學習體驗，讓復雜仿真難題迎刃而解！
?
展開 