兩相流的案例
解決氣液兩相流仿真難題，這款國產(chǎn)自主的流體力學(xué)仿真軟件有哪些特色？
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(fù)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(fù)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(fù)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(yù)測。
在電力行業(yè)，電廠為提高循環(huán)熱效率設(shè)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(yīng)塔內(nèi)的氣液反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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?jǐn)?shù)，準(zhǔn)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(fù)雜界面變形和拓?fù)渥兓瘯r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。這種模型在處理氣液充分混合、相間差異較小的情況時，具有計算效率高、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點。
而對于離散相流體問題，軟件采用歐拉 - 拉格朗日模型。
展開 2025大賽優(yōu)秀作品 | 氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實踐
作品名稱：氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實踐
作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設(shè)計高級系統(tǒng)工程師
關(guān)鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設(shè)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(xué)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(yīng)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(fù)雜，當(dāng)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(shè)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(shè)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(dǎo)了散熱器的設(shè)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。
挑戰(zhàn)/需求
芯片功率密度不斷升高，散熱成為瓶頸。兩相散熱憑借超高換熱能力，成為關(guān)鍵技術(shù)方案之一。目前在通訊電子產(chǎn)品中，熱管、VC、3DVC等利用工質(zhì)蒸發(fā)冷凝兩相流動進行高效換熱的散熱部件的應(yīng)用越來越廣泛，形態(tài)越來越復(fù)雜，為了得到性能更佳的散熱器，需要對氣液流動和換熱的現(xiàn)象和機理有更深的了解，仿真正向設(shè)計的重要性因此凸顯。
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稱為兩相流；其中含有多種尺寸組顆粒群為一個“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：對兩相流的研究有兩種不同的觀點：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)相的輸運方程的同時，在拉格朗日坐標(biāo)下模擬流場中離散相的第二相；
? 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）；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)用隨機方法來考慮瞬時湍流速度對顆粒軌道的影響；Cloud Tracking，運用統(tǒng)計方法來跟蹤顆粒圍繞某一平均軌道的湍流擴散。
展開 可壓縮兩相流的數(shù)值模擬
? 圖 3 不同分辨率的網(wǎng)格進行計算結(jié)果
3.2 兩相流驗證案例
采用長度為0.1m的一維模型對兩相流模型進行驗證，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)測兩相流的聲速。在一端設(shè)置初始化壓力脈動的振幅為1000Pa，記錄壓力波傳遞到另一端的時間，計算聲速。該計算將區(qū)域離散成64個網(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計算結(jié)果如圖4所示，將聲速計算結(jié)果與理論值進行對比，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計算結(jié)果
? 表1 聲速計算結(jié)果與理論值
4. 縮擴噴嘴的臨界流
噴嘴內(nèi)的飽和兩相流是一個非常復(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 
基于FLUENT氣-固兩相流沖刷模擬的參考資料4篇
這是基于FLUENT的氣固兩相流沖刷磨損的文獻資料，希望對大家有用！
管道內(nèi)氣固兩相流沖刷磨損特性數(shù)值模擬.pdf
基于Fluent的氣固兩相流中離散顆粒的數(shù)值模擬.pdf
螺旋式旋風(fēng)分離器氣-固兩相流的數(shù)值模擬.pdf
燃?xì)馍淞鳉夤虄上鄶?shù)值模擬與顆粒沖刷分析.pdf
CFD專欄丨nanoFluidX 單相流和兩相流模型如何選擇？
經(jīng)常有CFD仿真工程師問，在SPH粒子法流體力學(xué)建模的時候：
為什么需要氣液兩相流分析？
什么場景下可以用單相流？
如何在Altair? nanoFluidX?中設(shè)置單/多相參數(shù)？
首先需要明確的是，我們在模擬自由液面、液體晃動之類問題的時候，通常背景環(huán)境總是有空氣的。
如果在SPH模型中忽略輕流體（空氣），僅考慮重流體（水或油），那么在沒有粒子的void區(qū)域，流體的壓力和速度信息是空白的。反之，兩相流模型的計算域內(nèi)充滿了粒子，體積守恒和Shepard coeff=1更容易保證。
考慮 Windage 效應(yīng)的時候，必須采用氣-液兩相流，否則空氣的摩擦、輸運效果無法仿真。比如下面這個3000RPM單齒輪的例子，初始液位低于齒輪的最低點。由于齒輪旋轉(zhuǎn)帶動了空氣，從而液面產(chǎn)生晃動。
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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
潤濕壁的潤濕角任意指定，本模型設(shè)置為pi/4
S5：兩相流，相場
多物理場中的兩相流相場相關(guān)設(shè)置為默認(rèn)，選擇在動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)，將總步長設(shè)置為2s，每個時間步長為0.001s，其余設(shè)置為默認(rèn)，開始計算。
流體1的體積分?jǐn)?shù)如下圖
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，氣體可以通過兩種邊界完成設(shè)置，1、空氣通過設(shè)置FVM入口進入分析域；2、在整個分析域內(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)置初始壓力的方式模擬氣體的流入。
Domain > Detail > FVM Boundary condition
如果考慮整個分析域內(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散。
FVM計算方法
Particleworks中氣體-液體兩相流計算，可以選擇3種計算方法：PISO瞬態(tài)計算、SIMPLE穩(wěn)態(tài)計算、SIMPLE-PISO穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的連續(xù)計算。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(fēng)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(fù)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(biāo)，修正FVM風(fēng)力參數(shù)，可以更高效和精準(zhǔn)地實現(xiàn)潤滑過程的模擬計算。
展開 CMFD軟件對比：國外商軟與VirtualFlow在微通道兩相流仿真領(lǐng)域的預(yù)報效果
積鼎科技依托 VirtualFlow 數(shù)值計算仿真平臺，運用先進數(shù)值模擬方法，可開展氣液兩相流多相動力學(xué)及其特性的數(shù)值模擬研究。在眾多工程應(yīng)用中，高密度和高粘度比的多相流發(fā)揮著關(guān)鍵作用，然而，對這類流動進行穩(wěn)健且準(zhǔn)確模擬的方法仍有待完善。本文針對工業(yè)界廣泛應(yīng)用的兩款多相流數(shù)值計算（CMFD）軟件 —— 國外商軟與積鼎科技的 VirtualFlow，在狹小管道兩相流仿真預(yù)報方面展開全面對比。兩款軟件核心差異在于采用不同的常用兩相流模擬方法：國外商軟采用 VOF 方法，VirtualFlow 則采用 Level Set 方法。對比發(fā)現(xiàn)，兩款軟件預(yù)報的流動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在顯著不同。對于氣泡流，VirtualFlow 的預(yù)報結(jié)果能夠捕捉到氣泡內(nèi)部的再循環(huán)流動，而國外商軟的 VOF 方法計算結(jié)果中未觀察到明顯的再循環(huán)流動。在段塞流場景下，國外商軟與 VirtualFlow 關(guān)于段塞形成及頻率的結(jié)果偏差顯著。其中，VirtualFlow 的計算結(jié)果呈現(xiàn)出周期性的段塞形成，與前人（Chen 2002）的實驗結(jié)果基本一致；而國外商軟基于 VOF 方法的計算結(jié)果未能捕捉到周期性的段塞形成過程。
一、引言
近年來，工業(yè)界始終在同時推動微流動工程應(yīng)用部件的性能發(fā)展和小型化發(fā)展，特別在芯片實驗室、生物MEMS和微冷卻電子設(shè)備等領(lǐng)域。在這些部件的微流動通道中，會發(fā)生傳熱和傳質(zhì)過程，可以通過使用多相流來增加傳熱和傳質(zhì)的過程。更進一步地深入探索兩相流機理特性，如界面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和壓降等方面，可以進一步提高微流動工程應(yīng)用部件性能的重要控制參數(shù)的合理性。
近年來，CMFD技術(shù)在工業(yè)界和學(xué)界的應(yīng)用越來越多，CMFD方法中的自由表面跟蹤方法如今已成為商業(yè)軟件中不可或缺的重要組成部分。我們要認(rèn)識到，各種數(shù)值算法和數(shù)值模型目前在這一領(lǐng)域還無法提供物理上100%完全可靠的結(jié)果。
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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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#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(shè)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(shè)置湍流模型
使用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。
3.設(shè)置兩相材料
此處設(shè)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(shè)置動域轉(zhuǎn)速320r/min
6.設(shè)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(shè)置入口條件
8.設(shè)置出口條件
9.設(shè)置交界面
10.初始化后開始計算
11.空化仿真基本設(shè)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(yīng)；
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 
COMSOL模型庫MEMS模塊兩相流流固耦合漢化中文文檔
兩相流—結(jié)構(gòu)相互作用
簡介
下述例子展示了應(yīng)用COMSOL Multiphysics模擬包含二相流體的流固耦合作用的技術(shù)。 該實例結(jié)合微系統(tǒng)模塊的移動網(wǎng)格（ALE）、兩相流、相場應(yīng)用模式闡述了重流體誘使障礙物的運動。
模型包括一個小的容器，在容器中間有一個障礙物。初始時刻重流體（水）在左側(cè)區(qū)域，其余部分為空氣。返回通道可以使空氣從右側(cè)區(qū)域返回左側(cè)。模型類似于經(jīng)典的水壩開口，不同之處在于中間的障礙物擾亂了流體向右側(cè)的流動。同時障礙會會因為流體的慣性力而彎曲。
動網(wǎng)格技術(shù)用于處理變形的幾何結(jié)構(gòu)和邊界。在障礙物表面，應(yīng)用運動潤濕壁面的邊界條件，該邊界條件允許設(shè)置壁的速度和流體潤濕角。COMSOL Multiphysics基于結(jié)構(gòu)移動的邊界和網(wǎng)格光順技術(shù)計算流道區(qū)域網(wǎng)格新的坐標(biāo)。! H- l) e% i, V
結(jié)構(gòu)力學(xué)部分不需要ALE方法，因此COMSOL Multiphysics按照常規(guī)方法求解。然而，該部分求解出的應(yīng)變是ALE計算變形后坐標(biāo)的基礎(chǔ)。
memsmicrofluidicsmodels.20.14_LNN20081217.rar
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兩相流—結(jié)構(gòu)相互作用
簡介
下述例子展示了應(yīng)用COMSOL Multiphysics模擬包含二相流體的流固耦合作用的技術(shù)。 該實例結(jié)合微系統(tǒng)模塊的移動網(wǎng)格（ALE）、兩相流、相場應(yīng)用模式闡述了重流體誘使障礙物的運動。
模型包括一個小的容器，在容器中間有一個障礙物。初始時刻重流體（水）在左側(cè)區(qū)域，其余部分為空氣。返回通道可以使空氣從右側(cè)區(qū)域返回左側(cè)。模型類似于經(jīng)典的水壩開口，不同之處在于中間的障礙物擾亂了流體向右側(cè)的流動。同時障礙會會因為流體的慣性力而彎曲。
動網(wǎng)格技術(shù)用于處理變形的幾何結(jié)構(gòu)和邊界。在障礙物表面，應(yīng)用運動潤濕壁面的邊界條件，該邊界條件允許設(shè)置壁的速度和流體潤濕角。COMSOL Multiphysics基于結(jié)構(gòu)移動的邊界和網(wǎng)格光順技術(shù)計算流道區(qū)域網(wǎng)格新的坐標(biāo)。
結(jié)構(gòu)力學(xué)部分不需要ALE方法，因此COMSOL Multiphysics按照常規(guī)方法求解。然而，該部分求解出的應(yīng)變是ALE計算變形后坐標(biāo)的基礎(chǔ)。
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展開 干貨分享 | 轉(zhuǎn)運站導(dǎo)料槽氣固兩相流仿真
針對常見的輸煤轉(zhuǎn)運站建立相應(yīng)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(dǎo)料槽出口風(fēng)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(dǎo)料槽出口流量減少，有效降低誘導(dǎo)風(fēng)帶出的揚塵；
(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)料槽出口位置的揚塵。
關(guān)于導(dǎo)料槽DEM-CFD流固耦合仿真，還需要進一步分析下列問題：導(dǎo)料槽長度跟物料下落速度的關(guān)系，擋塵簾的間距跟導(dǎo)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(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。
通過對轉(zhuǎn)運站導(dǎo)料槽的氣固兩相流仿真來設(shè)計轉(zhuǎn)運站結(jié)構(gòu)，控制料流速度和導(dǎo)料槽長度的關(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 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(shè)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(xué)反應(yīng)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(yīng)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?
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