水氣兩相流的案例
基于達(dá)西定律和相傳遞的紙條中的水氣滲吸模擬 ￥20
提供comsol中的基于耦合達(dá)西定律和相傳遞接口模擬計(jì)算多孔介質(zhì)中兩相流（紙條芯吸）的算例，具體文件鏈接附后：
一種變軸螺旋槳水空跨域無人航行器設(shè)計(jì)和控制技術(shù)
對(duì)于一部分在水中、一部分在水上的航行器，其精確的流體動(dòng)力分析需要求解水氣兩相流的流體動(dòng)力學(xué)方程。總的方程形式都仍然是流體連續(xù)性方程和不可壓守恒形式的雷諾平均N-S 方程。
式中：U 為速度矢量；ρ為控制體內(nèi)的流體密度；g 為重力加速度；ρ為壓強(qiáng)；μ 為動(dòng)力粘性系數(shù)；μt 為湍流動(dòng)力粘性系數(shù)。式(8)與式(2)的不同之處在于隱含兩相流的參數(shù)區(qū)別。
本文采用 VOF(Volume of Fluid）動(dòng)態(tài)重疊網(wǎng)技術(shù)[3]來計(jì)算水氣兩相流流體動(dòng)力。首先，將N-S方程寫成求解體積分?jǐn)?shù)的α 隨著速度場(chǎng)U 運(yùn)動(dòng)的輸運(yùn)方程形式。
式中：α為水氣分界附近單元中水相分體積與單元總體積之比。
于是流體單元空間內(nèi)的密度和粘性系數(shù)可分別由下面兩式表示：
通過求解上述含兩相流特征的N-S 方程，其數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格生成如圖10所示，計(jì)算可以得到無人航行器的升力系數(shù)、阻力系統(tǒng)和三個(gè)空氣螺旋槳對(duì)重心的縱向與橫向力矩系數(shù)，以及升降舵和方向舵的力矩系數(shù)。
圖10 無人航行器兩相流計(jì)算網(wǎng)格示意圖
Fig.10 Schematic diagram of two-phase flow calculation grid for the UAV
無人航行器的速度控制通過水推進(jìn)槳和兩個(gè)前空氣螺旋槳拉力水平分量控制。無人航行器的姿態(tài)穩(wěn)定控制，可類似于對(duì)航行器六自由度動(dòng)力學(xué)方程(3)和狀態(tài)函數(shù)方程(4)分析，通過對(duì)升降舵、方向舵、空氣螺旋槳拉力對(duì)重心的力矩（圖9）控制來實(shí)現(xiàn)無人航行器滑行時(shí)的穩(wěn)定。無人航行器主要的俯仰控制是由下式的力矩來實(shí)現(xiàn)的。
式中：X1, X2 分別表示兩個(gè)前螺旋槳旋轉(zhuǎn)中心到無人機(jī)重心的水平距離；φ表示兩個(gè)前螺旋槳向前傾轉(zhuǎn)的角度。
展開 管內(nèi)兩相流流型模擬 ￥269
提供基于Comsol的管內(nèi)兩相流流型模擬的算例（泡狀流和彈狀流），可在此基礎(chǔ)上熟悉管內(nèi)泡狀流和彈狀流的模擬方法，分析其規(guī)律。以下為水平管、豎直管、傾斜管以及基于氣泡流模型的管內(nèi)氣液兩相流模擬部分結(jié)果，具體算例附后，感興趣的可直接下單。
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干貨分享 | 轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽氣固兩相流仿真
針對(duì)常見的輸煤轉(zhuǎn)運(yùn)站建立相應(yīng)的幾何模型，并采用DEM-CFD氣固兩相流仿真對(duì)物料和氣流進(jìn)行分析，其中使用EDEM軟件分析顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，AcuSolve軟件分析氣體的運(yùn)動(dòng)和受力情況，得到轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)氣體流速分布情況。
根據(jù)對(duì)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(dǎo)料槽出口風(fēng)速的降低，從而減少揚(yáng)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(dǎo)料槽出口流量減少，有效降低誘導(dǎo)風(fēng)帶出的揚(yáng)塵；
(3) 導(dǎo)料槽出口位置前出現(xiàn)負(fù)壓有利于氣體回流，降低風(fēng)速，減少導(dǎo)料槽出口位置的揚(yáng)塵。
關(guān)于導(dǎo)料槽DEM-CFD流固耦合仿真，還需要進(jìn)一步分析下列問題：導(dǎo)料槽長(zhǎng)度跟物料下落速度的關(guān)系，擋塵簾的間距跟導(dǎo)料槽長(zhǎng)度、物料下落速度的關(guān)系，泄壓閥的位置關(guān)系，回風(fēng)管到底有沒有用，管徑跟風(fēng)速、風(fēng)量的關(guān)系，以及導(dǎo)料槽內(nèi)能不能或如何才能形成穩(wěn)定的負(fù)壓。
通過對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站導(dǎo)料槽的氣固兩相流仿真來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)運(yùn)站結(jié)構(gòu)，控制料流速度和導(dǎo)料槽長(zhǎng)度的關(guān)系，合理布置抑塵裝置，可以有效降低誘導(dǎo)風(fēng)，減少揚(yáng)塵產(chǎn)生，從而以最低的成本帶來最高的效益。
文章來源：EDEM
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兩相流-VOF-晃動(dòng)
附上case文件。
a2.rar
a3.rar
附上圖片
Xflow兩相流自由液面
Free surface external damping outlet region為了減少出口流體動(dòng)能，出口采用多孔介質(zhì)，同時(shí)保證出口壓力一致（自由表面波動(dòng)而改變）
同時(shí)在模擬過程可以打開自由表面張力模型和兩相流模型，在求解器中將考慮其微觀影響因素求解其相關(guān)參數(shù)，這在微流體領(lǐng)域具有十分明顯的影響。
對(duì)于Force evaluation scheme有兩個(gè)選項(xiàng)，分別為momentum exchange和surface stress integration，這是默認(rèn)必選的，對(duì)于具體的認(rèn)識(shí)有待研究。
自由表面運(yùn)算中需要添加慣性重力項(xiàng)的，這個(gè)要注意特別是大尺度的流動(dòng)分析，微尺度的模擬可以忽略。
展開 關(guān)于COMSOL兩相流(二)
關(guān)于COMSOL兩相流(二)
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關(guān)于COMSOL兩相流(一)
關(guān)于COMSOL兩相流（一）
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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(duì)矩形進(jìn)行標(biāo)注長(zhǎng)度，以更改我們所需要的數(shù)據(jù)，選擇Dimensions，對(duì)長(zhǎng)寬進(jìn)行標(biāo)注。（H=30mm，V=60mm）
5、選擇修改（Modify），對(duì)兩條線進(jìn)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(diǎn)擊APPLY，其他值按照?qǐng)D例設(shè)置。
9、點(diǎn)擊generate生成面。
10、關(guān)閉DM，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
11、右鍵點(diǎn)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(duì)兩條邊進(jìn)行選擇。
14、選擇完兩邊后，按照下圖進(jìn)行更改。
15、重復(fù)右鍵點(diǎn)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(diǎn)擊Mesh，選擇insert中的face meshing。
18、單擊面，選擇apply
19、右鍵點(diǎn)擊Mesh，選擇生成網(wǎng)格。
20、點(diǎn)擊face meshing，按圖示選擇
展開 COMSOL兩相流相場(chǎng)-注水 ￥10
將初始值1設(shè)置成流體1，初始值2為流體2，初始界面為流體1與流體2的交界處
潤(rùn)濕壁的潤(rùn)濕角任意指定，本模型設(shè)置為pi/4
S5：兩相流，相場(chǎng)
多物理場(chǎng)中的兩相流相場(chǎng)相關(guān)設(shè)置為默認(rèn)，選擇在動(dòng)量方程中包含表面張力，并設(shè)置相應(yīng)的表面張力系數(shù)
S6：網(wǎng)格劃分
本模型網(wǎng)格選擇自動(dòng)劃分即可，單元大小為細(xì)化。
S7：研究1
選擇步驟2：瞬態(tài)，將總步長(zhǎng)設(shè)置為2s，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)為0.001s，其余設(shè)置為默認(rèn)，開始計(jì)算。
流體1的體積分?jǐn)?shù)如下圖
CFD運(yùn)用MIXTURE模擬氣液兩相流作用
CFD運(yùn)用MIXTURE模擬氣液兩相流作用，mixture模型共用一套動(dòng)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(diǎn)擊繪圖，選擇矩形。
4、點(diǎn)擊測(cè)量，輸入圖中數(shù)據(jù)。
5、繪制出口入口。
6、測(cè)量并輸入以下數(shù)據(jù)。
7、點(diǎn)擊修改中的修剪。
8、點(diǎn)擊限制，使其等長(zhǎng)。
9、使草圖生成面。
10、點(diǎn)擊草圖一條線，然后點(diǎn)擊apply。
11、點(diǎn)擊生成。
12、點(diǎn)擊mesh。
13、點(diǎn)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(diǎn)擊setup。
17、按圖示輸入。
18、設(shè)置瞬態(tài)和重力加速度。
19、按圖示輸入。
20、定義材料，復(fù)制水。
21、將水設(shè)置為主相，空氣設(shè)為次相。
22、相互作用默認(rèn)選擇。
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可壓縮兩相流的數(shù)值模擬
? 圖 3 不同分辨率的網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算結(jié)果
3.2 兩相流驗(yàn)證案例
采用長(zhǎng)度為0.1m的一維模型對(duì)兩相流模型進(jìn)行驗(yàn)證，分別初始化不同的相含率，從0至1.0，描述從單相氣體過渡到單相液體的現(xiàn)象，預(yù)測(cè)兩相流的聲速。在一端設(shè)置初始化壓力脈動(dòng)的振幅為1000Pa，記錄壓力波傳遞到另一端的時(shí)間，計(jì)算聲速。該計(jì)算將區(qū)域離散成64個(gè)網(wǎng)格。氣相為蒸汽，并假設(shè)為理想氣體，分子量為18g/mol，熱容比為1.2675。液相采用Tait狀態(tài)方程描述。系統(tǒng)壓力為1bar，初始溫度為400K。
混合兩相的聲速計(jì)算公式采用Wallis公式，如下所示：
不同相含率條件下出口端的壓力信號(hào)計(jì)算結(jié)果如圖4所示，將聲速計(jì)算結(jié)果與理論值進(jìn)行對(duì)比，誤差小于3%，見表1。
? 圖4 不同相含率條件下出口端的壓力信號(hào)計(jì)算結(jié)果
? 表1 聲速計(jì)算結(jié)果與理論值
4. 縮擴(kuò)噴嘴的臨界流
噴嘴內(nèi)的飽和兩相流是一個(gè)非常復(fù)雜的問題。噴嘴內(nèi)因壓力的突然降低，導(dǎo)致飽和溫度隨之降低，發(fā)生蒸發(fā)相變。
展開 兩相流及幾種模型介紹~
兩相流：通常把含有大量固體或液體顆粒的氣體或液體流動(dòng)稱為兩相流；其中含有多種尺寸組顆粒群為一個(gè)“相”，氣體或液體為另一“相”，由此就有氣—液，氣—固，液—固等兩相流之分。
兩相流的研究：對(duì)兩相流的研究有兩種不同的觀點(diǎn)：一是把流體作為連續(xù)介質(zhì)，而把顆粒群作為離散體系；而另一是除了把流體作為連續(xù)介質(zhì)外，還把顆粒群當(dāng)作擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體。
引入兩種坐標(biāo)系：即拉格朗日坐標(biāo)和歐拉坐標(biāo)，以變形前的初始坐標(biāo)為自變量稱為拉格朗日Langrangian 坐標(biāo)或物質(zhì)坐標(biāo)；以變形后瞬時(shí)坐標(biāo)為自變量稱為歐拉Eulerian 坐標(biāo)或空間坐標(biāo)。
離散相模型
FLUENT在求解連續(xù)相的輸運(yùn)方程的同時(shí)，在拉格朗日坐標(biāo)下模擬流場(chǎng)中離散相的第二相；
? 離散相模型解決的問題：煤粉燃燒、顆粒分離、噴霧干燥、液體燃料的燃燒等；
? 應(yīng)用范圍：FLUENT中的離散相模型假定第二相體積分?jǐn)?shù)一般說來要小于10-12%（但顆粒質(zhì)量承載率可以大于10-12%，即可模擬離散相質(zhì)量流率等/大于連續(xù)相的流動(dòng)）；不適用于模擬在連續(xù)相中無限期懸浮的顆粒流問題，包括：攪拌釜、流化床等；
? 顆粒-顆粒之間的相互作用、顆粒體積分?jǐn)?shù)對(duì)連續(xù)相的影響未考慮；
? 湍流中顆粒處理的兩種模型：Stochastic Tracking，應(yīng)用隨機(jī)方法來考慮瞬時(shí)湍流速度對(duì)顆粒軌道的影響；Cloud Tracking，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴(kuò)散。
展開 fluent中兩相流模擬-氣泡上升 ￥19
注：此案例適用于初級(jí)學(xué)者，高手請(qǐng)繞道吧
兩相流是fluent中比較常用的一中應(yīng)用，本案例模擬一個(gè)氣泡在液體中，由于浮力的作用，自己上升，獲取瞬態(tài)的這一現(xiàn)象
具體的結(jié)果如下圖所示
新手對(duì)于案例中理解起比較困難，簡(jiǎn)單描述如下：
模型直接建立為一個(gè)2D平面即可，不需要單獨(dú)劃分氣泡和空氣及液體
將平面設(shè)置為混合材料，然后進(jìn)行初始化，全部設(shè)置混合材料的的空氣組份
通過region方法，將平面中下方水的部分切割出來，通過patch賦予水的材料
同樣方法，將氣泡切割出來，通過patch賦予空氣的材料
設(shè)置求解步數(shù)和保存的頻率，求解即可
不同時(shí)刻氣泡位置的結(jié)果如下
不同時(shí)刻的速度過程如下所示
基于particleworks軟件的氣液兩相流分析功能介紹
邊界條件
當(dāng)考慮氣體與液體的兩相流模擬時(shí)，氣體可以通過兩種邊界完成設(shè)置，1、空氣通過設(shè)置FVM入口進(jìn)入分析域；2、在整個(gè)分析域內(nèi)考慮氣體：
FVM boundary
FVM入口的類型包括：矩形、圓形，還可以通過外部導(dǎo)入任意幾何設(shè)置；并且氣體流入分析域，可以以固定流速、或設(shè)置初始?jí)毫Φ姆绞侥M氣體的流入。
Domain > Detail > FVM Boundary condition
如果考慮整個(gè)分析域內(nèi)的氣體，可以在分析區(qū)域Domain中設(shè)置FVM邊界；域可以設(shè)置為壓力邊界Pressure Boundary模擬封閉的空間域、或設(shè)置Outflow邊界模擬氣體可以向外界擴(kuò)散。
FVM計(jì)算方法
Particleworks中氣體-液體兩相流計(jì)算，可以選擇3種計(jì)算方法：PISO瞬態(tài)計(jì)算、SIMPLE穩(wěn)態(tài)計(jì)算、SIMPLE-PISO穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的連續(xù)計(jì)算。并且氣體的平流方案可以選一階Upwind、二階Linear Upwind兩種方案。
兩相流耦合類型
針對(duì)實(shí)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(duì)氣體產(chǎn)生影響。通過調(diào)整參數(shù)，可以修正風(fēng)力的大小。
綜上，正確的使用FVM計(jì)算模塊，可以有效的考慮氣體與流體之間的耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜兩相流的模擬仿真。在實(shí)際的工程模擬中，通常可以與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)，修正FVM風(fēng)力參數(shù)，可以更高效和精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑過程的模擬計(jì)算。
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