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前言氣-液-固三相流體系廣泛存在于化工、能源、環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域，如費(fèi)托合成漿態(tài)床、流化床反應(yīng)器及礦物浮選過程。由于氣-液- 固三相漿態(tài)體系內(nèi)在機(jī)理的復(fù)雜性，與兩相流模擬相比，基于氣-液-固三相CFD模擬相對(duì)不成熟，其計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬一直是多相流領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。下文介紹目前常見的氣-液-固三相體系CFD 模擬方法。

其可用于模擬吸液芯的毛細(xì)現(xiàn)象、蒸發(fā)管的沸騰、冷凝器的冷凝等復(fù)雜現(xiàn)象，解決熱管試驗(yàn)參數(shù)不易測量和試驗(yàn)成本高等問題。軟件可以對(duì)流體回路的部件及換熱器等進(jìn)行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計(jì)算，提取所仿真的物理現(xiàn)象及趨勢，并能與理論計(jì)算比較驗(yàn)證。2.

多相流通常包括氣-液、液-液、液-固、氣-固、氣-液-液、氣-液-固或氣-液-液-固混合物的流動(dòng)。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(shù)值仿真可以研究不同尺度的多相流。

VirtualFlow：氣液兩相流仿真的得力助手1、強(qiáng)大的多相流模型VirtualFlow 軟件針對(duì)氣液兩相流的特點(diǎn)，提供了豐富且精準(zhǔn)的多相流模型。對(duì)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(jì)算每個(gè)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。

氣液/液液分散體系：那在這方面的應(yīng)用就很多了。在工業(yè)中，氣液/液液分散體系一般選用最便宜的歐拉歐拉模型，預(yù)測一下氣含率、攪拌功率，算一算傳質(zhì)系數(shù)，產(chǎn)率多少，費(fèi)多少電？放大一下試試？氣固體系：氣固那面玩的和氣液/液液不太一樣（比如各種流化床，氣力輸送等），固體顆粒不同于氣泡或者液滴，一般不會(huì)破碎。但是交叉，團(tuán)聚效應(yīng)某些情況下非常明顯。同時(shí)，可能還需要加上點(diǎn)傳熱以及化學(xué)反應(yīng)。

傳統(tǒng)脫氣技術(shù)如篩板塔、填料塔依賴重力場驅(qū)動(dòng)傳質(zhì)，存在氣液接觸不充分、脫除效率低、能耗高的問題，且實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)周期長、成本高昂。本研究設(shè)計(jì)新型平板旋流解吸器（PCD），通過旋流場強(qiáng)化氣液剪切與混合效應(yīng)突破傳統(tǒng)局限。華東理工大學(xué)依托 Ansys Fluent 仿真平臺(tái)，耦合多相流模型與群體平衡模型，精準(zhǔn)模擬旋流場中氣泡破碎、聚并動(dòng)態(tài)及傳質(zhì)規(guī)律，快速迭代優(yōu)化射流口尺寸、旋流腔高度等關(guān)鍵參數(shù)。

圖 4.2溢洪道場景 圖 4.3潰壩場景3.3 化工領(lǐng)域 在化工生產(chǎn)中，許多化學(xué)反應(yīng)過程都涉及到多相流現(xiàn)象，如氣液反應(yīng)、液液萃取、氣液固三相流化床反應(yīng)等。Level-set方法可以用于模擬這些過程中的相間傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜現(xiàn)象，幫助研究人員深入理解反應(yīng)過程的物理化學(xué)機(jī)制，優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和操作條件，提高反應(yīng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

廣泛應(yīng)用于氣液兩相流動(dòng)，如沸騰、噴霧干燥等過程。在噴霧干燥中，液滴在熱氣流中蒸發(fā)干燥，此時(shí)氣液兩相的相互作用對(duì)干燥效果和產(chǎn)品粒徑分布有重要影響，歐拉 - 歐拉模型可以模擬氣液兩相的速度場、溫度場和濃度場，為優(yōu)化噴霧干燥工藝提供依據(jù)。

(4)吸附氣和游離氣主要存在于孔隙和裂隙中，而水僅存在于裂隙中并在裂隙中運(yùn)移，氣體和水的輸運(yùn)過程如圖1（b）所示。(5)氣體的擴(kuò)散過程服從菲克擴(kuò)散定律，氣體和水的滲流過程服從達(dá)西定律。(6)拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。

ECT和ERT技術(shù)都可以用于監(jiān)測管道內(nèi)多相流的流動(dòng)狀況，如氣液兩相流、液固兩相流等。通過測量管道周圍或內(nèi)部的電學(xué)參數(shù)變化，可以實(shí)時(shí)獲取流體中不同相的分布情況、流動(dòng)穩(wěn)定性等信息，為管道的安全運(yùn)行和流程優(yōu)化提供重要數(shù)據(jù)支持。2. 反應(yīng)器內(nèi)部監(jiān)測在化工生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的核心設(shè)備。ECT和ERT技術(shù)可用于監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)部多相流的混合狀態(tài)、反應(yīng)物的分布以及反應(yīng)進(jìn)度的變化。

氣液兩相混合設(shè)備（如生物反應(yīng)器） 設(shè)計(jì)中的難點(diǎn) ‐ 設(shè)備在放大和縮小過程中，了解性能的變化 ‐ 了解氣體停留時(shí)間，氣含率的分布 ‐ 防止氣體短路 ‐ 傳質(zhì)速率預(yù)測 ‐ 防止渦流形成 ‐ 限制剪切速率 Ansys技術(shù)方案 ‐ ANSYS CFD仿真可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、氣液兩相的仿真，

: rgb(77, 77, 77);">VirtualFlow支持氣液、氣固、液固等多種多相流態(tài)的模擬，內(nèi)置VOF、LevelSet 等先進(jìn)的界面追蹤方法，能夠精準(zhǔn)地捕捉不同相之間的界面變化。

LMFD軟件，基于LBM格子玻爾茲曼方法開發(fā)，結(jié)合自研的耦合算法和計(jì)算模塊，利用GPU實(shí)現(xiàn)大規(guī)模問題的高效計(jì)算，可處理包括單相、氣液兩相、氣固兩相以及氣液固三相等復(fù)雜多相流問題。1. 油氣勘探在油氣勘探和生產(chǎn)過程中，面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和多變的流體特性，CFD軟件通過模擬地下油氣的流動(dòng)狀態(tài)，可以幫助工程師準(zhǔn)確預(yù)測油氣藏的分布和開采能力，優(yōu)化勘探方案和效率。

本次計(jì)算采用了?？怂箍灯煜碌腃radle CFD軟件，該軟件具有強(qiáng)大的前處理功能，針對(duì)復(fù)雜模型，能夠快速劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格為核心的多面體網(wǎng)格；同時(shí)具備強(qiáng)大的多相流功能，適應(yīng)于氣、固、液等復(fù)雜多相流仿真；并且具備強(qiáng)大的DEM功能，對(duì)于固體顆粒物在反應(yīng)釜內(nèi)顆粒動(dòng)力學(xué)仿真有較好的效果，同時(shí)可以后期應(yīng)用于礦石篩選，輸送等仿真；并具備高魯棒性，強(qiáng)大后處理，易上手等特點(diǎn)，適合于本單位。

GPU設(shè)備識(shí)別與選擇應(yīng)用領(lǐng)域LMFD2.0適用于處理包括單相流、氣液兩相、氣固兩相以及氣液固三相等復(fù)雜多相流問題，廣泛應(yīng)用于化工、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的科研和工程項(xiàng)目。其高效的計(jì)算能力和靈活的模型設(shè)置，使其成為多相流數(shù)值模擬的理想工具。軟件案例界面結(jié)語LMFD2.0的發(fā)布為多相流數(shù)值模擬技術(shù)帶來了顯著的進(jìn)步。

多相流具有多種存在方式，以兩相體系為例，可分為：氣液多相體系；氣固多相體系；液固多相體系；不相溶的液液體系。

作品名稱：氣液兩相流仿真技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)踐作者： 葉祖樑 | 中興通訊股份有限公司 熱設(shè)計(jì)高級(jí)系統(tǒng)工程師關(guān)鍵詞：氣液兩相流，Ansys Fluent，散熱器設(shè)計(jì)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。

圖5 RAN-S與LES仿真結(jié)果對(duì)比 多相流仿真 渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)雜環(huán)境使用中，其真實(shí)流動(dòng)還包括氣/固、氣/液、氣/液/固等多相流動(dòng)。