兩相流仿真的案例
2025大賽優秀作品 | 氣液兩相流仿真技術研究與應用實踐
“Ansys 2025 全球仿真大會”
仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，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 熱設計高級系統工程師
關鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設計優化
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冷凝相變現象。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。
對六種不同蒸發流道的仿真結果顯示，優化方案對比無流道可提升蒸發量29%
熱管、VC等兩相散熱部件在各類電子產品中應用廣泛，是解決局部高熱流密度散熱問題的重要方案。兩相部件內傳熱傳質機理復雜，當前業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展方向，為行業提供了參考。
展開 解決氣液兩相流仿真難題，這款國產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，國產軟件正在快速發展，打破國外技術壟斷，由積鼎科技自主研發的通用計算流體力學軟件VirtualFlow便是其中的引領者。這款自研軟件聚焦多相流，尤其在氣液兩相流仿真方向，在復雜工業場景中為國內眾多行業提供有效解決方案。
氣液兩相流：復雜而關鍵的流動現象
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。這種看似常見的現象，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，電廠為提高循環熱效率設置的給水加熱器，其殼側水位需維持在一定范圍，而氣液兩相流的狀態直接影響水位控制。在石油化工領域，反應塔內的氣液反應過程、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，其流動狀態直接關系到發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，通過計算每個網格單元內氣相和液相的體積分數，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，在處理復雜界面變形和拓撲變化時具有獨特優勢，能夠更精確地捕捉氣液界面的動態演化。
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，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 #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.穩態計算
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
并將上述兩相材質分別賦到兩相成分上。
5.設置動域轉速320r/min
6.設置葉片轉速
使用相對速度，相對所在域的轉速為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、基本結果
1.兩相流仿真結果
2.空化仿真結果
氣相分布圖
展開 干貨分享 | 轉運站導料槽氣固兩相流仿真
針對常見的輸煤轉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，得到轉運站內氣體流速分布情況。
根據對比仿真得到的結果可知：
(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系，擋塵簾的間距跟導料槽長度、物料下落速度的關系，泄壓閥的位置關系，回風管到底有沒有用，管徑跟風速、風量的關系，以及導料槽內能不能或如何才能形成穩定的負壓。
通過對轉運站導料槽的氣固兩相流仿真來設計轉運站結構，控制料流速度和導料槽長度的關系，合理布置抑塵裝置，可以有效降低誘導風，減少揚塵產生，從而以最低的成本帶來最高的效益。
文章來源：EDEM
展開 
CMFD軟件對比：國外商軟與VirtualFlow在微通道兩相流仿真領域的預報效果
我們還需要進一步致力于客觀描述并盡量消除數值仿真在結果上的不足支出以盡可能獲得可靠的模擬結果。積鼎科技正在基于目前已相對確定的流動機理對數值仿真開發策略做更宏大的展望，始終致力于建立完善更穩健和更準確的數值仿真方法并推廣，目標超越目前微流體部件設計的經驗主義范式。
本文采用兩個目前較為流行的CMFD軟件：國外商軟與VirtualFlow研究了微型通道中氣液兩相流的特性。這兩款軟件具有不同的自由界面追蹤（Interface Tracking, IT）能力：Fluent采用Volume of Fluid (VOF)方法，而VirtualFlow采用Level Set (LS)方法。VOF和LS是應用最廣泛的兩種自由界面追蹤(IT)方法，目前已成功廣泛應用于多相流動的數值模擬領域。Taha等采用國外商軟中的VOF方法研究了上升的Taylor氣泡，并報告了氣相中的強再循環模式。Akbar、Ghiaasiaan以及Quian、Lawal也用國外商軟中的VOF方法研究了水平通道中的兩相流。他們的計算工況中，氣泡的流動方向與周圍液體的運動平行，氣泡與周圍液體處于并流狀態，數值結果顯示氣泡內未顯示再循環流場。Lakehal團隊以及Fukagata分別采用VirtualFlow軟件以及其他搭載Level Set方法的CFD軟件進行了類似的數值仿真研究，在他們的計算結果中都明確發現了由于氣泡周圍的流動而顯著增強的傳熱。
VOF方法與LS方法作為目前最為流行的兩種多相流自由表面捕捉方法，二者應當在充分收斂的計算條件下得到流動規律與仿真質量相對一致的結果。然而，在文獻中，我們發現對于分別采用VOF和LS方法的水平管道中的兩相流動的數值仿真，得到的仿真結果之間似乎存在明顯的差異。
展開 2017年4月26日，佛山，振動噪聲仿真及試驗研討會
振動噪聲仿真及試驗研討會
2017年4月26日，佛山
會議亮點：
發布全新的LMS聲學照相機（Sound Camera）
振動噪聲試驗及仿真解決方案及最新技術進展
多領域系統仿真兩相流技術
家電行業應用案例分析
為推進國內家電行業研發管理人員對振動噪聲仿真及試驗最新技術發展及應用的了解，Siemens PLM Software將于4月26日在佛山舉辦為期一天的振動噪聲仿真及試驗技術交流會。
本次技術研討會，Siemens PLM Software資深專家將介紹振動噪聲測試及仿真在家電研發領域的應用情況及總體趨勢，以及兩相流仿真技術及高級的工程方法。幫助家電行業研發工程師更好更快的完成產品開發。另外，工程師將向您介紹Siemens PLM Software全新推出的聲源定位解決方案，用于快速進行故障診斷和詳細的工程分析。
展開 21場仿真免費網絡培訓來襲，首波報名啟動！
5月25日
17
FLUENT軟件對晃動過程的案仿真分析
主要介紹ANSYS Fluent的VOF模型在液面晃動、分層中的典型應用與案例分析 ，介紹中包括VOF模型介紹、設置和在晃動中的案例分析。
6月7日
18
Flownex技術與系統熱管理應用
主要包括Flownex簡介，基本換熱模塊介紹，燃機燃燒室流動與換熱應用，電池熱管理應用（風冷和水冷），汽車乘員艙熱管理應用，整車熱管理應用。
6月8日
19
高海拔對電子散熱的影響
隨著海拔高度的增加，空氣的密度逐漸減小，質量流量減小，空氣分子間碰撞的概率降低，導致對流換熱能力減弱。如果電子設備采用自然冷卻的散熱方式，那么空氣上升的能力勢必減弱，空氣自然冷卻換熱的能力將降低。如果電子設備采用強迫風冷的散熱方式，一方面高海拔導致空氣的冷卻能力降低，另一方面高海拔影響風機的P-Q曲線，導致設備的溫度升高。本次培訓將為你展示如何在熱仿真軟件中，精確考慮高海拔對電子設備的影響以及應該采取什么樣的措施保證電子設備的熱可靠性。
6月9日
20
泵及壓縮機的流動仿真
綜合介紹各類泵、壓縮機的流體仿真方法和技巧
6月14日
21
顆粒兩相流仿真技術與應用
顆粒兩相流仿真技術與應用:介紹Rocky DEM離散元軟件的相關功能和應用領域。包括顆粒形狀設置、幾何模型建立、顆粒破碎和壁面磨損、粘濕物料的考慮、與ANSYS Fluent和Mechanical集成。
6月15日
展開 第四屆全國過程模擬與仿真大會召開，積鼎科技相伴大會4年成長
第四屆全國過程模擬與仿真學術會議于2024年11月29日-12月2日在廣州圓滿召開。積鼎科技，作為自主流體仿真軟件研發的領航企業，與大會相伴四年，自首屆以來一直積極參與其中，見證了大會從初創到逐漸壯大的全過程。每一次參會，積鼎科技都帶來其在流體仿真CFD領域的最新成果，與業界同仁共同探討和推動計算機模擬與仿真技術的發展。
本次活動，積鼎牽頭組織“工業應用及自主軟件研發分論壇”，并受邀作“國產多相流仿真軟件VirtualFlow在過程工業的應用探索”主旨報告。
積鼎科技專家介紹了其自主研發的通用型流體仿真軟件VirtualFlow的最新進展，并展示在過程工程領域的應用能力。“VirtualFlow是積鼎科技的核心產品之一，以其獨特的浸沒表面技術（IST）、豐富的多相流模型、湍流模型、復雜流體模型以及先進的相變模型，在能源電力、石油天然氣、過程工程、航空航天、水務水利等多個領域展現出強大的應用潛力。其開放的用戶自定義接口（UDF）基于C++語言，支持功能無限擴展，同時支持完整編譯和動態調用，為用戶提供了極大的靈活性和適用性。”
積鼎科技還分享了公司與中國科學院過程工程研究所的緊密合作，就雙方的前沿技術研究成果展開介紹。積鼎展示了能量最小多尺度EMMS曳力模型與VirtualFlow軟件的耦合和驗證結果，并計劃持續改進EMMS曳力模型的用戶體驗，提升其在實際項目中的計算精度和應用效率。同時，VirtualFlow可適配高性能格子玻爾茲曼多相流仿真軟件LMFD求解器，提供基于LBM方法和GPU加速的氣固兩相流仿真能力。
會議期間，積鼎展示了在過程工程領域，包括非牛頓流體仿真、顆粒流動仿真及化工反應釜等應用場景。
展開 積鼎科技專訪：深化產學研合作，拓展流體仿真在過程工程領域應用
此外，公司與中國科學院過程工程研究所一直保持緊密的合作，自研產品已經和過程工程所的多款產品進行耦合，例如，過程所的能量最小多尺度EMMS曳力模型與VirtualFlow軟件的耦合，通過仿真和驗證來持續改進EMMS曳力模型的用戶體驗，提升軟件在實際項目中的計算精度和應用效率。EMMS模型過往主要依賴于與國外商業軟件的耦合，而此次是與國產工業軟件的首次結合，這一突破構建了一個全面的國產化優勢體系，為國內的眾多企業開辟了更豐富的應用場景；另外，VirtualFlow可適配高性能格子玻爾茲曼多相流仿真軟件LMFD求解器，可提供基于LBM方法和GPU加速的氣固兩相流仿真能力。
記者：VirtualFlow是積鼎科技的核心產品之一，請介紹軟件在過程工程領域的典型應用以及所起到的作用。
傅彥國：過程工程行業具有綜合性大、系統性強和復雜性高等特色，涉及多個學科和領域的知識。CFD仿真的難點則在于處理復雜流動現象、精確描述流體特性以及確保數值穩定性和精度。由積鼎自研的CFD軟件VirtualFlow在過程工程領域積累了廣泛的應用，包括非牛頓流體仿真、顆粒流動仿真及化工反應釜等20多個實際應用場景。
以Virtualflow軟件與過程工程所EMMS模型耦合為例，使VirtualFlow能夠捕捉介于宏觀和微觀之間的現象，在氣固流化床的仿真應用中，能夠更好的捕捉瞬時顆粒速度和分布。同時也優化了計算算法，使計算量降低了100%，計算效率提高了100%，相比國外商軟提高了仿真的精度和準確性。
在吹塑流體分析方面，VirtualFlow也表現出較強的應用能力。
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生影響。通過調整參數，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系，實現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，可以更高效和精準地實現潤滑過程的模擬計算。
【CFD教程】3分鐘學會兩相流非穩態水壩潰堤仿真
求解參數設置
雙擊 仿真> 求解控制 ，增大計算步數到10000步，勾選輸出迭代頻率，每300步保存一次結果。
圖10 求解控制設置
四、初始化及求解計算
1. 初始流場設置
雙擊 仿真> 初始化，剛才已經設置了水的位置，除水外，其它區域都是空氣。把空氣體積分設為1，水的改為0，如圖所示；
圖11 初始化設置
2.求解計算
選擇菜單欄 求解> 求解> 直接求解> 并行，開始計算。
圖12 運行求解器
圖13 選擇求解模式
五、后處理
1. 監控曲線
點擊監控，查看殘差曲線；
圖14 殘差曲線
2. 可視化結果
a. 創建面：單擊菜單欄 后處理> 面，Z法向，變量選擇密度，確定。紅色代表密度大，是水，藍色是空氣；
圖15 查看水流位置
b. 動畫：單擊菜單欄 后處理> 動畫，位置選剛剛創建的平面，點擊播放，可以看到水流過程了。
圖16 動畫展示
展開 
基于comsol兩相流固耦合的泡泡撞擊平板仿真 ￥760
有相變時的傳熱、塔設備中的氣體吸收、液體精餾、液體萃取以及攪拌槽或鼓泡塔中的化學反應過程等，都涉及兩相流。</p><p> 該模型可以用來研究平板受液體沖擊、氣泡在液體中的運動、液滴對平板的親水疏水分析等方向。</p><p> 本案例描述了油液兩相溶液中，一個油泡再水中不斷上升最后撞擊平板。</p><p> 在案例中求解了油液兩相流場，平板的應力和變形，以及油泡最終和平板的浸潤情況。</p><p> 詳見以下動圖：</p><p> 油泡撞擊平板</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202005/d85573486c414aee97257d28a4ccf404.gif" title="液滴撞擊平板-2.gif" alt="液滴撞擊平板-2.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202005/d85573486c414aee97257d28a4ccf404.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202005/d85573486c414aee97257d28a4ccf404.gif?
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：
臭氧分布結果
臭氧速度云圖
收費文件列表
流體力學告訴你，如何最快地炫一瓶啤酒？
用AICFD軟件做個兩相流仿真，統計一下影響的時間。對于這個瓶子模型，最開始的0.28秒，水流出。0.28到0.4秒，空氣開始大量進入，堵塞了瓶口。而后，重復進行流水和進氣的循環，一直到水流完。
那么如果空氣進入時不堵塞瓶口，水能一直流出的話，所用時間會大大減少。如何讓空氣進入還不堵塞瓶口呢？
你還記得之前做的龍卷風么？將瓶子旋轉，在中心會形成空氣柱，空氣從中心進入，四周的水就可以持續順暢留下來。
看這個AICFD仿真結果，瓶子如果以每秒鐘6圈的速度旋轉起來。時間果然大約只需要自然流出時的一半。
當瓶子不旋轉時，水全部倒出用的時間是：16秒。
然后，讓水轉起來。全部流出，用時11秒。
所以喝得快的朋友，大部分人在之前都旋轉了一下。
其實還有個辦法，既然就要一個進氣通道，那么咱直接插根管子，理論上應該沒問題。
哇，4秒，真的可以，好快！
而且這個辦法還能避免搖晃喝酒法，手搖大勁兒了，把啤酒泡都搖出來的尷尬。
到這里，你應該明白如何能最快地炫一瓶啤酒了吧！會搖的，就搖一圈兒喝，不會搖的，就插根吸管兒喝。至于是否優雅，要看你的喉嚨能否承受了，小心千萬別被嗆著。最后提醒，未成年人不可以飲酒哦，成年人飲酒也要適量，過量有害健康。
本期就到這兒啦，咱們下期見！拜拜
展開 流體力學告訴你，如何在食堂免費湯中舀到更多菜？
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。
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