多相流體力學的案例
從日常到科技突破：流體力學的 “版圖” 有多大？
這些都需要通過流體力學軟件建立 “血液流動模型”，優化支架的孔徑和形狀，確保植入后血液能順暢流通。
還有 “呼吸模擬器”—— 新冠疫情期間，科學家用流體力學原理模擬病毒在空氣中的傳播路徑，分析不同通風條件下病毒的擴散范圍，為方艙醫院的通風設計提供依據，這正是 “多相流體力學”（氣體 + 病毒顆粒）的實際應用。
能源環保：解決 “卡脖子” 問題的核心
全球都在關注的 “碳中和”，背后也離不開流體力學。
比如風力發電機的葉片設計，如何讓葉片在不同風速下都能高效捕捉風能？需要計算氣流流過葉片表面時的 “升力系數” 和 “阻力系數”，通過調整葉片的弧度和長度，讓風能最大限度轉化為電能 —— 現在最先進的風機葉片，能通過流體力學模擬，將發電效率提升 15% 以上。
就連處理污水，流體力學也發揮著關鍵作用。污水處理廠的 “沉淀池”，如何讓污水中的雜質快速沉淀？需要控制污水在池內的流動速度：流速太快，雜質會被沖走；流速太慢，處理效率太低。而流體力學中的 “層流與湍流” 理論，正是指導沉淀池設計的核心，能讓污水凈化效率提升 30%。
為什么我們總忽略它？因為它太 “低調”
看到這里，你可能會問：既然流體力學這么重要，為什么平時很少感受到它的存在？
其實原因很簡單 —— 它總是 “隱形” 在其他事物背后。不像數學公式那樣直白，也不像物理實驗那樣有直觀的現象，流體力學更多是作為 “底層工具”，支撐著其他領域的發展。比如我們看到手機的 “防水性能” 很好，不會想到這背后是工程師用流體力學模擬 “水在手機縫隙中的滲透路徑”；看到高鐵跑得又快又穩，不會想到這是通過流體力學優化 “列車外形”，減小空氣阻力。
但正是這種 “低調”，讓流體力學的范疇不斷擴大。
展開 兩相與多相流動力學_〔西交，郭烈錦編著〕
兩相與多相流動力學_〔西交，郭烈錦編著〕
化工中的流體力學問題（附多物理場視頻）
結 語
從以上這些典型的化工設備中的流體流動問題，不難看出化工中流體力學問題的重要性和復雜往。化工中所遇到的流體常是多相、多組分和多反應的“三多”系統。而且流體流動與傳質、傳熱和化學反應又經常緊密結合在一起。
為了正確地設計化工中所采用的設備，關鍵之一就是對其中的流動有充分的認識并能定量計算。但由于流動的復雜性，目前流體力學還不能給出它們通用的計算方法或公式。現在所用的解決方法，是在一般流體力學的原理指導下，針對不同類型的設備，通過試驗來尋找具體的規律。試驗往往只能在小的模型上做，還要將在小模型上得到的規律應用到大的裝置上，重要的指導原則是流體力學中的相似性原理。但由于相似性原理提出的條件一般又很難同時滿足，這時還要依靠以往的經驗或做一些補充的試驗及分析以做出取舍。由于這些不確定性，往往要經過模型試驗→小試（小規模裝置的試驗）→中試等中間過程，而這樣顯然是很不經濟的。
隨著測試手段和計算手段的改進，己經逐漸有可能對單相流問題直接進行計算，對多相流問題則先弄清細觀層次規律，然后在宏觀層次上進行計算。如能做到這一步，則化工過程的設計就有可能更多地依靠科學，較少地依賴主觀經驗，其意義是十分重大的。
展開 流體力學告訴你，如何在食堂免費湯中舀到更多菜？
額……到底怎么才能盛到湯中更多的菜呢？看來這個問題得認真研究一下。
研究后，我大吃一驚。原來在100 年前，愛因斯坦曾經也因為盛不到免費湯里的菜而耿耿于懷。額……開個玩笑，不過其實差不多，困擾愛因斯坦的，是一個類似的問題。
他在喝茶時，發現茶杯里的水旋轉起來之后，沉在杯底的茶葉，會聚集在杯子中心。而不是像預想的那樣，在離心力的作用下被甩到周圍。這個反直覺的現象，叫“茶葉悖論”。
1926年，愛因斯坦在發表的一篇論文中提到并解釋了茶葉悖論，攪拌杯子里的水，旋轉起來之后，拿出攪拌棒，液體維持旋轉時，內部一定有一個向心力。
那這個力哪來的呢？細看水的液面，能明顯看出周圍高中間低，周圍的水更深。而水壓又和水的深度有關，內部就存在一個從周圍到中心的壓力梯度，就是向心力的來源。
用AICFD軟件做個兩相流仿真，可以明顯看到這個壓力梯度。
說了這些，好像還沒能解釋茶葉悖論，茶葉為什么會跑到中間呢？
我們看杯子底部區域，由于水與杯底的摩擦及水的黏性，杯底會阻礙水的流動，此處旋轉速度減小，需要的向心力也小，就造成水的壓力梯度所提供的力大于所需的向心力。于是，杯底部的水就產生了向內的流動，在中間匯聚之后，再向上流，學名“二次流”。
這個二次流我們用肉眼看不到，但在計算機軟件中很容易看到，這是AICFD計算結果，可以非常清楚的看到水旋轉后，內部產生的這個二次流。茶葉就這樣被帶著聚攏到了中心。
最終就呈現出了我們看到的茶葉不會被甩到周圍而在中心的“茶葉悖論”。
參考茶葉悖論，盛免費湯的秘訣，可能要改一改了，我發明了一個新秘訣，咱們去實踐一下：
輕攪兩圈湯，精華聚中央，看準舀一勺，蔬菜都盛上。
展開 
計算流體力學（CFD）理論基礎（一）
01 和流體力學相關的學科
水動力學，空氣動力學，氣體動力學，滲流力學，物理化學流體動力學，爆炸力學，多相流體力學，等離子體動力學，電磁流體力學，環境流體力學，生物流變學，等等。
02 典型流體力學實驗
風洞試驗，水洞試驗，水池試驗。
03 常用數值計算方法
有限差分法，有限單元法，有限體積法，邊界元法。
04 絕對壓強，相對壓強（表壓強），真空度
05 靜壓，動壓，總壓
06 流線，跡線
07 馬赫數
小于1為亞音速，大于1為超音速，大于3為高超音速
08 正激波，斜激波
09 理想流體（無粘流體），粘性流體
10 牛頓流體，非牛頓流體
11 可壓縮流體，不可壓縮流體
12 定常流動，非定常流動
13 層流，湍流
雷諾數2000
14 拉格朗日隨體描述，歐拉空間描述
15 流體力學基本方程
質量守恒方程（連續性方程）；動量守恒方程（運動方程）；能量守恒方程
16 CFD常用算法
SIMPLE；SIMPLEC；SIMPLER；PISO
17 CFD常用軟件
Phoenics（英國）；STAR-CD(英國)；CFX(ANSYS，美國)；Fluent（ANSYS，美國）
展開 積鼎科技攜手中國科學院過程工程所聯合舉辦2024國產自主化CFD與DEM軟件發展論壇
CFD及DEM軟件的發展對于提升產品設計質量和可靠性、優化產品設計流程、減少實驗和測試成本、促進多學科交叉融合等方面具有重要意義。當前，國內市場上廣泛使用的CFD及DEM軟件大多基于平均化的假設，而針對多尺度結構問題的國產仿真軟件認知度相對較低。因此，大力發展基于多尺度結構分析的國產自主CFD和DEM仿真軟件，對于提升國內工業軟件的自主研發能力、支持我國工業領域的創新和發展、提高工業產品的質量和核心競爭力具有至關重要的作用。
在致辭中，積鼎科技總經理傅彥國表示，仿真作為現代工程技術的重要組成部分，其發展充滿挑戰。從最初的簡單模擬到如今高精度、多尺度的復雜系統仿真，仿真技術正不斷推動著各領域的科技進步與產業升級。面對國際競爭和技術封鎖，我們需要更加堅定地支持和發展國產工業軟件，確保技術安全和產業自主可控。傅總還介紹了積鼎科技與中國科學院過程工程研究所的緊密合作，雙方旨在攻克國內外技術瓶頸，提升仿真精度與效率，實現多維度、寬領域的融合創新。
本次會議上，由中國科學院過程工程研究所研發的國產自主高性能格子多相流體力學仿真軟件LMFD2.0正式發布。該軟件在原有版本的基礎上實現了全面升級，包括求解器與前、后處理無縫集成、求解過程與后處理結果的實時更新與同步、更為全面和直觀的用戶界面以及更廣泛的硬件支持等。LMFD2.0的發布將助力多相流研究和工程應用的深入發展。
同時，積鼎科技自主研發的通用型流體仿真軟件VirtualFlow2024版也正式亮相。該軟件以工程級應用為目標，實現了仿真效率的大幅提升。主要功能亮點包括重構計算域管理模塊、重構網格剖分模塊、引入新物理模型、增強邊界條件以及求解器性能提升等。此外，VirtualFlow2024版還在幾何導入、網格/幾何截面分析、可視化效果改善、共軛傳熱優化、UDF優化等方面實現了功能改進。
展開 國產ERT/ECT工業電阻/電容層析成像系統在多相流領域的應用
ECT和ERT技術還可以與其他類型的成像技術（如光學成像、聲學成像等）進行融合，形成多模態成像系統，獲取更全面的流體信息，提高成像的準確性和可靠性。
在多相流領域有哪些應用？
ECT和ERT技術在石油、化工、冶金等多個行業中都有廣泛的應用實例，它們為工業過程的監測、控制和優化提供了重要的技術支持。在多相流測試領域，尤其是在需要實時監測流體內部參數分布的工業過程中，具備良好的應用。
1. 管道輸送監測
在石油、化工、冶金等行業中，管道輸送是常見的流體傳輸方式。ECT和ERT技術都可以用于監測管道內多相流的流動狀況，如氣液兩相流、液固兩相流等。通過測量管道周圍或內部的電學參數變化，可以實時獲取流體中不同相的分布情況、流動穩定性等信息，為管道的安全運行和流程優化提供重要數據支持。
2. 反應器內部監測
在化工生產過程中，反應器是發生化學反應的核心設備。ECT和ERT技術可用于監測反應器內部多相流的混合狀態、反應物的分布以及反應進度的變化。通過實時監測流體中不同相的電學參數變化，可以了解反應器的混合效率、反應物的轉化率以及產物的生成情況，為優化反應條件、提高產品質量和效率提供有力支持。
3. 流體參數測量
ECT和ERT技術都可以用于測量流體中不同相的物理參數，如介電常數、電導率等。這些參數對于理解流體的性質、行為和相互作用具有重要意義。通過測量這些參數的變化，可以進一步揭示流體內部的復雜結構和動態過程，為流體力學、多相流體力學以及化學工程等領域的研究提供重要實驗數據和理論依據。
4. 故障診斷與預防
在工業生產中，多相流系統的故障往往會導致生產中斷、設備損壞甚至安全事故的發生。ECT和ERT技術可以通過實時監測流體內部參數的變化來發現潛在的故障隱患并及時采取預防措施。
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