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</p><p>本案例基于COMSOL軟件的電動力學和兩相流相關理論，仿真了高壓油內氣泡的清除過程，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/e39e4b535bbc4c24bf369f76233d49e1.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流合作</p><p

其最終動態結果如下圖所示：圖1. 0-200us內回流焊錫膏氣泡演化動態圖圖2. 0.5ms-3ms內錫膏形貌演化動態圖

超聲空化過程是眾多空化氣泡的動力學過程,對單一空化氣泡的動態過程研究不僅是研究多個氣泡空化的起點,而且是研究系列超聲空化現象的基礎。其主要的控制方程如下：本模型調用系數型邊界偏微分方程和動網格，展示了氣泡在超聲空化過程中的變化：兩個周期振蕩過程中，氣泡的半徑與初始半徑比值的動態變化。

目前主流的商業CFD軟件大多采用VOF方法，而定位于多相流仿真的國產通用流體仿真軟件Virtualflow采用Level Set方法進行界面流仿真。</p><p><br></p><h2>1、Level Set 方法</h2><p>Level Set方法是基于空間曲面的隱函數表達。

潤滑油起泡現象的仿真根據Hartono等人的研究，在PIV實驗圖像中識別出三種大小的氣泡：高度分散在油中的小氣泡，幾乎是一種背景噪音；中等大小的氣泡，當齒輪線速度達到1.1 m/s左右，開始出現在潤滑油中，其特征是形成清晰的氣-液交界面；大氣泡通常會出現在齒輪齒之間。正如預期的那樣，試驗和仿真的結果均顯示三種類型的氣泡數量都隨著齒輪線速度Vt的增加而增加。

本系列文章主要討論氣-液和液-液混合物的建模與仿真，并簡單介紹固-氣和固-液混合物仿真。此外，我們還將介紹 COMSOL 軟件的CFD 模塊和微流體模塊中的一些案例模型和仿真策略。 不同尺度的多相流仿真 通過數值仿真可以研究不同尺度的多相流。最小的尺度在幾分之一微米左右，而最大的尺度可達幾米或幾十米。

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。

Bubble-Pro光纖探針氣泡行為測量儀</strong></p><p>Bubble-Pro 光纖探針可精準測量多相流（氣體為離散相、液體為連續相）局部氣含率、氣泡速率和氣泡弦長等氣泡行為。其硬件設備具有耐高溫、高壓、有機溶劑、信號強度大、靈敏度高、探針體積小等特色；軟件具有采樣程序易操作，可自動對采樣通道及采樣數據量進行調整，氣泡識別靈敏等特色。

華東理工大學依托 Ansys Fluent 仿真平臺，耦合多相流模型與群體平衡模型，精準模擬旋流場中氣泡破碎、聚并動態及傳質規律，快速迭代優化射流口尺寸、旋流腔高度等關鍵參數。仿真結果與實驗高度吻合，最終實現硫化氫脫除效率 75.7%，體積傳質系數較傳統設備提升 5-13 倍，大幅縮短工業氣液分離設備的研發周期與試錯成本。

模型驗證以170W的激光加工實驗與數值模型比對，上圖為氣泡深度VS直徑。黑色方框為實驗數據，紅色圓圈為仿真結果，兩者趨勢一致。上表為氣泡的平均直徑和深度數據，以及熔池的平均寬度和深度數據，仿真與實驗結果相當接近。

塑料發泡射出制程中，會先透過螺桿將超臨界狀態流體(N2或CO2)與融膠混煉成均勻單相流體，而勻相混合物在射出過程中因瞬間釋壓造成熱力學不平衡，使得熔膠中的超臨界流體透過相變化產生數以萬計之微小氣泡，經模具冷卻固化而得到具有泡孔結構之成品。若采用Han and Yoo 氣泡成長動力模型，可以仿真出氣泡成長的過程與氣泡成長動力。

經測試其并行加速比和擴充性能良好，已在實際大規模工程仿真分析中獲得了廣泛的應用。在解決遠場水下爆炸等大規模問題時，可充分利用ANSYS AUTODYN優異的并行計算技術來提高分析效率。 ANSYS AUTODYN水下爆炸典型應用1、爆炸沖擊波的傳播及對艦船結構的沖擊影響圖5顯示的是水下爆炸對水面艦艇的沖擊仿真過程。

而圖二的仿真則顯示，氣泡越大，氣泡密度越小。圖一 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢后(體積膨脹后)的氣泡大小圖二 充填和保壓階段(體積膨脹前)以及充填完畢后(體積膨脹后)的氣泡密度圖三顯示產品密度的變化。膨脹區域的氣泡形成會使該區的產品密度大減，而非膨脹區域的產品密度則仍然與未發泡材料的密度相近。

·CFD+虛擬面FW-H方法·CFD+經驗公式法 根據單個空泡的噪聲特性研究，空化的輻射聲功率是每個氣泡輻射的平均能量于每秒氣泡崩潰數目的乘積。由于每次崩潰輻射的能量正比于崩潰壓力與最大氣泡體積的乘積。因此，輻射功率正比于單位時間所產生的全部空化體積，即 測量獲得的空化頻譜圖是在峰值前約9dB倍頻增加，峰值后約6dB倍頻降低。

從圖(a)是實驗值與VirtualFlow的LevelSet模型仿真對比，紅色半圓是實驗中氣泡形態，綠色半圓是仿真的氣泡形態。可見仿真和實驗吻合的非常好；圖(b)是用商軟的VOF模型進行的仿真，可以看到仿真的氣泡形態與實驗吻合的不好；圖(d)是用不同的模型模擬圖(c)過程中氣泡變化過程，可以看出用VirtualFlow的LevelSet模型仿真的結果是與實驗值完全吻合的(綠色)。

盡管在實際生產中，氣泡形態可能更復雜或難以預測，模流分析仍是較經濟的工具，協助提供更真實的氣泡結構仿真結果，確保產品質量。

主要分類如下： 鼓泡流化床：氣流速度較低時，流體通過顆粒床層使顆粒懸浮，形成類似水沸騰時的氣泡，氣泡逐漸長大至一定尺寸后離開床層。這是最基本的流化床形式，操作穩定，適用于常壓操作。 湍流流化床：氣流速度較高時，床層中顆粒的運動更加劇烈和無規則，床層的湍動性增強，顆粒與氣體之間的混合更加充分。其傳熱和傳質速率高，適用于氣固相反應。