相分離模擬的案例
【分析實(shí)例】聚合物膜中相分離過程的模擬
使用平均場(chǎng)模型評(píng)估NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)過程
溶劑蒸發(fā)和相分離是聚合物膜生產(chǎn)中的重要過程。模擬被用于評(píng)估相互作用、初始條件等對(duì)膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動(dòng)力學(xué)(DPD)、粗粒化MD和平均場(chǎng)方法應(yīng)用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉(zhuǎn)涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)是一種生產(chǎn)細(xì)多孔膜的技術(shù)。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學(xué)效應(yīng)[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉(zhuǎn)變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計(jì)算，詳見文末的參考文獻(xiàn)。本文給出了MUFFIN模塊中平均場(chǎng)的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數(shù)取自參考文獻(xiàn)[4][6]。如圖1所示，計(jì)算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當(dāng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算開始時(shí)，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴(kuò)散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會(huì)發(fā)生相分離。以這些計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，就能將參考文獻(xiàn)中討論的效應(yīng)考慮在內(nèi)。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時(shí)間演變，綠色和藍(lán)色區(qū)域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻(xiàn)：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 基于GROMACS的油水自發(fā)相分離分子動(dòng)力學(xué)模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；油水；相分離; 分子動(dòng)力學(xué)；packmol
在化學(xué)、材料科學(xué)及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，油水相分離是一個(gè)重要的研究課題，廣泛應(yīng)用于石油開采、環(huán)境污染治理、化妝品配方優(yōu)化及生物膜研究等方向。由于油水界面的分子相互作用復(fù)雜，采用分子動(dòng)力學(xué)（Molecular Dynamics, MD） 方法進(jìn)行模擬研究成為一種高效且精確的手段。而GROMACS作為高性能的開源MD模擬軟件，為研究油水界面張力、乳化劑作用、納米顆粒輔助分離等提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。
本案例基于GROMACS，建立油水混合體系的分子動(dòng)力學(xué)模型，模擬其在常溫下的自發(fā)相分離過程，并考察油分子的溶劑可及表面積的變化。
初始模型的構(gòu)建
在本案例中，我們采用烷烴（正十六烷） 作為油相，構(gòu)建一個(gè)油水混合初始體系。正十六烷采用GAFF力場(chǎng)，水分子采用OPC3 水模型。整個(gè)體系的初始狀態(tài)采用隨機(jī)分布的方式，以保證后續(xù)的模擬符合真實(shí)物理過程。正十六烷的結(jié)構(gòu)可以用Gview或者M(jìn)aterials studio進(jìn)行構(gòu)建，如圖1所示：
圖1 正十六烷的分子結(jié)構(gòu)
用Packmol軟件構(gòu)建800個(gè)水分子和50個(gè)正十六烷分子在5.0*5.0*5.0nm盒子中的均勻混合體系，Packmol輸入文件如圖2所示：
圖2 Packmol 輸入文件
建好的初始模型如圖3所示：
圖3 初始油水混合體系結(jié)構(gòu)
模擬結(jié)果分析
經(jīng)過能量最小化和2ns的平衡模擬后，我們可以觀察到，在無外界干預(yù)的條件下（常溫常壓），油水分子的相互作用（疏水作用）驅(qū)動(dòng)體系自發(fā)發(fā)生相分離，逐漸形成油滴與水相的分層結(jié)構(gòu)。
展開 使用 Ansys Fluent 離散相模型 (dpm) 進(jìn)行旋風(fēng)分離器仿真 ￥5
關(guān)于使用 ANSYS Fluent 離散相模型 (DPM) 項(xiàng)目進(jìn)行旋風(fēng)分離器仿真
使用 ANSYS Fluent 對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行穩(wěn)態(tài) CFD 仿真。使用 DPM 跟蹤粒子?？紤]無阻力的單向耦合。這意味著流體相將通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒相對(duì)氣相沒有影響。附Fluent案例文件
*.cas
：通過光鑷控制相分離和成核
【引言】
新相的成核，包括在溶液中析出晶體，在科技領(lǐng)域有很重要的意義，但對(duì)其的科學(xué)理解依然匱乏。在產(chǎn)業(yè)化方面，很多藥物分子和精細(xì)化學(xué)品都是晶體，但是在過去的350年內(nèi)，結(jié)晶技術(shù)卻沒有大的改進(jìn)，在工業(yè)上造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，深入地理解和控制晶體成核的重要意義就不言而喻了。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，英國(guó)格拉斯哥大學(xué)的Klaas Wynne教授課題組，提出液-液臨界點(diǎn)的近似值或者其雙結(jié)曲線可以通過光鑷來誘導(dǎo)產(chǎn)生濃度梯度。理論模型認(rèn)為激光光束的電磁能可以產(chǎn)生自由能勢(shì)能來產(chǎn)生相分離或者誘導(dǎo)新相的成核。低功率的激光二極管在液體混合物中的實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)效應(yīng)。利用光鑷勢(shì)能實(shí)現(xiàn)相分離和成核從物理學(xué)的角度解釋了非光化學(xué)的激光誘導(dǎo)成核，以及為晶體成核提供了新的途徑。該成果以題為"Control over Phase Separation and Nucleation Using a Laser-Tweezing Potential"發(fā)表在Nat. Chem.上。
展開 
華南理工大學(xué)郭子豪課題組：結(jié)晶誘導(dǎo)自組裝獲取極小相分離尺度
如何獲得具有極小尺度特別是5納米以下特征尺度的周期性二維或者三維材料，這對(duì)發(fā)展具有高密度存儲(chǔ)性能的半導(dǎo)體器件以及高通量分子級(jí)別的分離等技術(shù)具有非常重要的意義。嵌段共聚物是目前被研究最多的體系之一。由于其不同嵌段往往具有熱力學(xué)不相容性，在達(dá)到一定分子量的情況下，嵌段共聚物能夠自發(fā)排列形成熱力學(xué)穩(wěn)定的微納尺度相分離有序結(jié)構(gòu)（如圖1）。然而，通過這種方法依然很難獲得具有小于5納米以下特征尺度的有序相分離結(jié)構(gòu)。
圖1 熱力學(xué)不相容性誘導(dǎo)的微相分離的示意圖（以層狀相為例，其中(χN)ODT為χN在有序-無序相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值）。
近日，華南理工大學(xué)郭子豪課題組利用具有精確分子量的巨型分子，通過巨型分子中乙烯基寡聚倍半籠硅氧烷(VPOSS)的結(jié)晶誘導(dǎo)作用力，形成具有極小相分離尺度的層狀(Lamellar)自組裝體（圖2）。此外，自組裝體中的VPOSS部分，在伽馬射線(γ-ray)的作用下能夠通過雙鍵的交聯(lián)形成厚度在2納米左右的二維片狀結(jié)構(gòu)。
圖2 基于巨型分子VPOSS-oLLAn自組裝形成層狀相并獲取納米片的示意圖。
寡聚倍半籠硅氧烷（POSS）具有剛性的籠狀骨架，并且易于通過化學(xué)方法進(jìn)行功能化修飾。重要的是，POSS的分子尺度在1個(gè)納米左右，是重要的用于制備微納結(jié)構(gòu)的組裝單元。為了能夠精確控制相分離的尺度，研究人員將具有精確分子量的寡聚左旋乳酸分子（oLLAn）引入到VPOSS分子結(jié)構(gòu)上，形成一系列具有精確分子量的巨型分子(VPOSS-oLLAn)。
展開 浙江大學(xué)鄭強(qiáng)、吳子良團(tuán)隊(duì)Macromolecules: 通過聚合誘導(dǎo)微相分離制備膠體網(wǎng)絡(luò)水凝膠
當(dāng)單體濃度較低且助引發(fā)劑含量較高時(shí)，聚合過程發(fā)生顯著的微相分離，形成具有獨(dú)特的膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠（圖1b，c）。
圖1. 不同微結(jié)構(gòu)的PMAAc水凝膠
通過流變學(xué)、動(dòng)態(tài)光散射、光學(xué)顯微鏡等方法，研究了聚合過程中膠體水凝膠的結(jié)構(gòu)演變及其形成機(jī)制（圖2）。聚合產(chǎn)生的PMAAc與TMEDA之間形成氫鍵復(fù)合物，降低了PMAAc鏈段的親水性，導(dǎo)致了微相分離的發(fā)生以及初級(jí)膠體顆粒的形成。隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，初級(jí)粒子不斷生成并相互碰撞融合，膠體粒子的數(shù)量和尺寸逐漸增加。隨后，膠體粒子聚集成簇，進(jìn)而形成相互連接的膠體網(wǎng)絡(luò)，并通過融合后續(xù)形成的膠體粒子和聚合物進(jìn)一步粗化。膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中較弱的膠體粒子和PMAAc聚合物作為粘合劑，賦予該膠體水凝膠良好的力學(xué)性能。
圖2. 聚合過程中膠體網(wǎng)絡(luò)的形成機(jī)制
不同于傳統(tǒng)的膠體網(wǎng)絡(luò)水凝膠，所得到的PMAAc物理水凝膠在水中具有很好的穩(wěn)定性，這主要?dú)w因于PMAAc聚合物與TMEDA之間的氫鍵作用。PMAAc膠體水凝膠具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，拉伸斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)525%。在循環(huán)拉伸試驗(yàn)中，凝膠的殘余應(yīng)變可快速回復(fù)，這得益于獨(dú)特的膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，相對(duì)較弱的膠體粒子在拉伸時(shí)可高度變形為纖維狀，卸載后重新恢復(fù)到顆粒形狀（圖3a，b）。該膠體網(wǎng)絡(luò)凝膠也具有良好的壓縮性能，在500 N壓力下能夠保持完整，且在卸載后可完全回復(fù)至初始尺寸（圖3c，d）。
圖3. 膠體網(wǎng)絡(luò)水凝膠的力學(xué)性能
此外，這種膠體網(wǎng)絡(luò)水凝膠還被用于染料吸附以及太陽能水蒸發(fā)器的制備。
展開 《Macromolecules》 廣工高粱/華工孫尉翔/施雪濤:短烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)度對(duì)疏水締合水凝膠相分離結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的影響
摘要
相分離在增韌水凝膠中起著至關(guān)重要的作用。因此，調(diào)節(jié)相分離結(jié)構(gòu)對(duì)于理解相分離水凝膠的增韌機(jī)制至關(guān)重要。當(dāng)前的合成策略通常對(duì)相分離結(jié)構(gòu)提供有限的控制。最近，廣東工業(yè)大學(xué)高粱副教授,華南理工大學(xué)孫尉翔副研究員/施雪濤教授團(tuán)隊(duì)將短烷基側(cè)鏈修飾的水凝膠庫制作為模型相分離水凝膠，以研究短烷基側(cè)鏈對(duì)相分離結(jié)構(gòu)、表觀力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的長(zhǎng)度影響。短烷基鏈改性聚合物從高濃度溶液中經(jīng)歷蒸氣誘導(dǎo)相分離并聚結(jié)成連接良好的富含聚合物的相。隨著側(cè)鏈長(zhǎng)度的增加，由于疏水相互作用增強(qiáng)，富含聚合物的區(qū)域變厚。
流變學(xué)表明，較長(zhǎng)的烷基側(cè)鏈會(huì)導(dǎo)致較高的“玻璃化”轉(zhuǎn)變溫度和較慢的動(dòng)力學(xué)。然而，通過將小變形特性（線性流變學(xué)）和大變形特性（拉伸行為）的拉伸速率和溫度相關(guān)性相關(guān)聯(lián)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)無論側(cè)鏈的長(zhǎng)度如何，當(dāng)拉伸時(shí)水凝膠變得堅(jiān)韌和堅(jiān)固。測(cè)試溫度接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或拉伸速率匹配中頻區(qū)域的弛豫時(shí)間。在這項(xiàng)工作中獲得的凝膠的強(qiáng)度和韌性是相分離和玻璃化轉(zhuǎn)變的綜合作用。
這項(xiàng)工作闡明了相分離水凝膠中機(jī)械元件的設(shè)計(jì)原則。相關(guān)論文以題為L(zhǎng)ength Effects of Short Alkyl Side Chains on Phase-Separated Structure and Dynamics of Hydrophobic Association Hydrogels發(fā)表在《Macromolecules》上。
圖解
Cn-0.5的合成及拉伸性能
圖 1. Cn-0.5 的合成。
圖 2. Cn-0.5 的拉伸行為。(A) 一些最先進(jìn)的堅(jiān)韌水凝膠之間的斷裂應(yīng)力 (σf) 和斷裂拉伸 (λf) 圖中的比較圖。
展開 FLUENT旋流分離器模擬
本教程將通過一個(gè)完整的三維穩(wěn)態(tài)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬過程，模擬旋流分離器中粒子的流動(dòng)過程。
1 啟動(dòng)Workbench并建立分析項(xiàng)目
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動(dòng)Workbench 19.2，進(jìn)入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項(xiàng)，即可在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A。
2 導(dǎo)入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時(shí)會(huì)彈出“打開”對(duì)話框。
（2）在彈出的“打開”對(duì)話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項(xiàng)，進(jìn)入Meshing界面，在該界面下進(jìn)行模型的網(wǎng)格劃分。
（2）依次右鍵選擇模型下邊界和上邊界，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對(duì)話框，輸入名稱inlet，outlet1和outlet2，單擊OK按鈕確認(rèn)。
（3）設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.02m。在Quality中，Smoothing選擇High。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項(xiàng)，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項(xiàng)，開始生成網(wǎng)格。
（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項(xiàng)可以在圖形窗口中查看網(wǎng)格。
（6）執(zhí)行主菜單File→Close Meshing命令，退出網(wǎng)格劃分界面，返回到Workbench主界面。
展開 臥式旋風(fēng)分離器CFD模擬分析 ￥20
臥式旋風(fēng)分離器主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
筒體形狀
水平圓柱形主體：與傳統(tǒng)立式旋風(fēng)分離器不同，臥式采用水平布置的圓柱形筒體，適合空間受限或需水平氣流入口的工況。
長(zhǎng)徑比優(yōu)化：筒體長(zhǎng)度與直徑比（L/D）通常較?。?.5~3），避免顆粒因過長(zhǎng)停留時(shí)間導(dǎo)致破碎或粘壁。
進(jìn)料口設(shè)計(jì)
切向或螺旋進(jìn)氣：尿素顆粒氣流以切向或漸開線形式進(jìn)入，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)；入口風(fēng)速需平衡分離效率與顆粒破碎風(fēng)險(xiǎn)（通常12~20 m/s）。
矩形或蝸殼入口：蝸殼式入口可降低局部湍流，減少顆粒碰撞破碎。
內(nèi)部分離結(jié)構(gòu)
導(dǎo)流板/穩(wěn)渦器：筒體內(nèi)可能增設(shè)導(dǎo)流板，穩(wěn)定旋流，防止顆粒向心運(yùn)動(dòng)不足導(dǎo)致的逃逸。
二次分離區(qū)：部分設(shè)計(jì)在主分離區(qū)后增設(shè)擋板或擴(kuò)容段，捕捉細(xì)小顆粒。
通過CFD模擬優(yōu)化結(jié)構(gòu)，避免局部高速渦流導(dǎo)致尿素顆粒破碎（粒徑通常需保留在0.5~3 mm范圍內(nèi)）
1、 模型及邊界
三種臥式旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)如下圖所示：
結(jié)構(gòu)一
結(jié)構(gòu)二
結(jié)構(gòu)三
殼體直徑700mm，長(zhǎng)度580mm，進(jìn)風(fēng)方管長(zhǎng)度為450mm，進(jìn)口方變圓中心對(duì)中心
殼體直徑700mm，長(zhǎng)度850mm，進(jìn)風(fēng)方管長(zhǎng)度為450mm，進(jìn)口方變圓中心對(duì)中心
殼體直徑700mm，長(zhǎng)度850mm，進(jìn)風(fēng)方管長(zhǎng)度為550mm，進(jìn)口方變圓中心偏下
2、 計(jì)算參數(shù)及邊界
輸送介質(zhì)：尿素顆粒，顆粒大小：0.8-4mm。
每小時(shí)輸送量：12t/h。
輸送風(fēng)量在2500m3/h左右。
進(jìn)口為速度進(jìn)口；
出口為壓力出口；
殼體設(shè)置為wall，顆粒碰撞殼體設(shè)置相應(yīng)恢復(fù)系數(shù)；
3、 結(jié)果及分析
展開 梁結(jié)構(gòu)元的滑落與分離(Slide and Separate)模擬
struct link attach x shear-yieldstruct link attach y shear-yieldstruct link attach z normal-yield
同時(shí)改變鏈接屬性：
struct link property x stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property y stiffness 10e3 cohesion 1 friction 30struct link property z stiffness 10e3 yield-tens 1
3 實(shí)例
這個(gè)例子模擬了一個(gè)巷道開挖，開挖后使用3個(gè)環(huán)狀的梁結(jié)構(gòu)元進(jìn)行支護(hù)，在實(shí)踐中，這近似地對(duì)應(yīng)于鋼拱結(jié)構(gòu)的支護(hù)。默認(rèn)狀態(tài)下，當(dāng)加入梁結(jié)構(gòu)元后，梁與圍巖呈剛性鏈接，梁的最大軸力為1.05MPa。如果考慮梁?jiǎn)卧幕瑒?dòng)與分離，梁的最大軸力為0.89MPa。這顯示出，當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁內(nèi)的軸力會(huì)減小，因此這種考慮更接近于真實(shí)情況。
此外，當(dāng)在初始的剛性狀態(tài)下，梁結(jié)構(gòu)元的鏈接不會(huì)出現(xiàn)任何屈服，而當(dāng)考慮了梁的滑動(dòng)和分離后，梁顯現(xiàn)出鏈接的屈服。
下面三個(gè)命令可以檢查當(dāng)前鏈接的狀態(tài)。
structure beam list
structure beam list system-local
structure beam list information
展開 操作教程 | FLUENT直列式油水分離器模擬
作者：楠胖
來源：本文為楠流坊原創(chuàng)作品，上海安世亞太授權(quán)轉(zhuǎn)載
1. 啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2022→Fluid Dynamics→Fluent 2022命令，啟動(dòng)Fluent 2022。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導(dǎo)入.msh網(wǎng)格文件。
2. 定義模型
（1）單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板，Solver中Time選擇Transient。勾選Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。
3. 設(shè)置材料
（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對(duì)話框。單擊Fluent Database按鈕彈出Fluent Database Materials對(duì)話框，選擇water-liquid單擊Copy按鈕確認(rèn)，修改其密度及粘度。
（2）創(chuàng)建新物質(zhì)oil-liquid。
4. 設(shè)置多相流模型
（1）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Multiphase按鈕，彈出Multiphase Model（多相流模型）對(duì)話框，選擇Eulerian，Number of Eulerian Phases填入2，單擊OK按鈕確認(rèn)。
（2）在Phase選項(xiàng)卡中，Phase-1的Phase Material選擇water，Phase-2的Phase Material選擇oil-liquid，單擊OK按鈕確認(rèn)。
（3）在Phase Interaction選項(xiàng)卡中，激活表面張力模型。
展開 
三維飛機(jī)與飛機(jī)零件分離過程模擬 ￥9.9
動(dòng)網(wǎng)格對(duì)三維分級(jí)與零件分離過程進(jìn)行來模擬，使用到了6DOF模型和UDF
對(duì)6DOF模型和UDF應(yīng)用熟悉又重要意義
某汽油機(jī)油氣分離器模擬分析及試驗(yàn)驗(yàn)證
為了解決上述問題，越來越多的廠家利用油氣分離器結(jié)構(gòu)來進(jìn)行呼吸系統(tǒng)中的油氣分離。油氣分離器將油氣混合氣中的油滴分離并回流到油底殼，剩下的氣體通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入燃燒室燃燒。
傳統(tǒng)的油氣分離器開發(fā)方法是基于一些工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和設(shè)計(jì)過程，增加了試驗(yàn)成本和開發(fā)周期。本文通過對(duì)某汽油機(jī)油氣分離器進(jìn)行CFD(計(jì)算流體力學(xué))分析，在計(jì)算機(jī)中建立油氣分離器模型，對(duì)油氣分離器內(nèi)部的氣液兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬，可以得出壓力分布、速度分布及分離效率等，從而對(duì)油氣分離器性能進(jìn)行判斷，在油氣分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初對(duì)其方案進(jìn)行優(yōu)化。待方案滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之后，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行油氣分離器試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證其性能。
仿真計(jì)算的理論基礎(chǔ)
對(duì)于油氣分離器的氣液兩相模擬來說，在其中流動(dòng)的介質(zhì)是油滴粒子和氣體的混合物。兩相流包括氣相和液相之間的動(dòng)量、能量和質(zhì)量的交換過程。本文在計(jì)算中采用歐拉 -拉格朗日方法，對(duì)氣相流場(chǎng)計(jì)算采用歐拉方法，對(duì)液滴的運(yùn)動(dòng)計(jì)算采用拉格朗日方法。首先模擬油氣分離器內(nèi)部氣體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，然后模擬油氣分離器內(nèi)部油滴粒子在氣體流場(chǎng)中的瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)。
仿真模型搭建
1.仿真流程
油氣分離器仿真分析采用兩相流模型，CFD仿真流程如圖1所示。在CFD分析中，首先對(duì)油氣分離器模型進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)計(jì)算，得到油氣分離器模型內(nèi)部的壓力分布、速度分布等結(jié)果。待穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)束之后，對(duì)油氣分離器模型進(jìn)行三維瞬態(tài)計(jì)算，分別引入幾種不同直徑的油滴粒子，得到不同尺寸油滴粒子在油氣分離器模型內(nèi)的分布區(qū)域及油滴粒子的分離效率等。
2. 網(wǎng)格劃分
本次計(jì)算使用AVL流體軟件生成以六面體為主的計(jì)算模型網(wǎng)格?？紤]到模型壁面附近的邊界層對(duì)流體流動(dòng)的影響，在油氣分離器模型壁面上生成兩層邊界層網(wǎng)格，劃分好的油氣分離器體網(wǎng)格如圖2所示。本次網(wǎng)格劃分的主網(wǎng)格尺寸大小為1?mm，對(duì)需要加密的局部部位采用0.5?
展開 【經(jīng)典案例欣賞32】分離式建模砌體剪力墻軸壓模擬
項(xiàng)目難點(diǎn)：
1、砌體剪力墻分離式建模；
2、磚與砂漿材性設(shè)置；
3、磚與砂漿截面粘結(jié)關(guān)系設(shè)置。
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使用GOMC模擬異丁烷的氣液相平衡
關(guān)鍵詞：
化工單元操作與相平衡有著密不可分的聯(lián)系，相平衡現(xiàn)象一直是化工工程師以及廣大科研工作者們研究的熱門課題。相平衡數(shù)據(jù)是化工過程設(shè)計(jì)、操作以及優(yōu)化必不可缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以為工程設(shè)計(jì)和單元操作提供理論指導(dǎo)。目前獲得相平衡數(shù)據(jù)有實(shí)驗(yàn)法、相平衡計(jì)算和分子模擬三種。實(shí)驗(yàn)法雖然直觀可靠，但需要大量的人力和時(shí)間，且受到高溫高壓、物質(zhì)毒性等苛刻條件的限制。相平衡計(jì)算的主要目標(biāo)是預(yù)測(cè)混合物在不同溫度壓力下的氣-液相組成，傳統(tǒng)上是使用半經(jīng)驗(yàn)的熱力學(xué)狀態(tài)方程（EOS）和/或液體活度系數(shù)法實(shí)現(xiàn)的。該方法依附于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于偏離實(shí)驗(yàn)條件較遠(yuǎn)的體系，數(shù)據(jù)難以計(jì)算準(zhǔn)確，常常由于錯(cuò)誤的熱力學(xué)數(shù)據(jù)造成工業(yè)設(shè)計(jì)的失敗。這些方法需要純組分和混合物的蒸氣壓數(shù)據(jù)作為輸入信息，且理論中出現(xiàn)的參數(shù)混合規(guī)則一般要通過混合物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到，使用時(shí)同樣受到實(shí)驗(yàn)的限制。以統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)的分子模擬方法省時(shí)省力，環(huán)保經(jīng)濟(jì)，不受苛刻條件的限制，其輸入信息為分子間勢(shì)能模型，即用于描述分子間相互作用的分子力場(chǎng)。分子模擬方法可以根據(jù)分子力場(chǎng)直接從微觀狀態(tài)分布出發(fā)，對(duì)純物質(zhì)及混合物體系通過模擬計(jì)算來求解相平衡數(shù)據(jù)。目前，用分子模擬方法預(yù)測(cè)流體相平衡成為研究相平衡領(lǐng)域的強(qiáng)有力手段。
圖1 GEMC原理圖
Panagiotopoulos 等 人提出的 Gibbs 系綜 Monte Carlo 方法（Gibbs ensemble Monte Carlo，GEMC）是近十幾年發(fā)展起來的應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算流體相平衡的方法，也是目前模擬相平衡的主流方法之一。GEMC 方法可同時(shí)在兩個(gè)彼此相對(duì)獨(dú)立但在熱力學(xué)上相關(guān)的盒子中進(jìn)行 MC 模擬，模擬時(shí)需要滿足相平衡條件（壓力、溫度和化學(xué)勢(shì)相等），且模擬過程中溫度 T、總體積 V 和兩個(gè)盒子中的總粒子數(shù) N 保持不變。
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