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前言氣-液-固三相流體系廣泛存在于化工、能源、環境等工業領域，如費托合成漿態床、流化床反應器及礦物浮選過程。由于氣-液- 固三相漿態體系內在機理的復雜性，與兩相流模擬相比，基于氣-液-固三相CFD模擬相對不成熟，其計算流體力學（CFD）模擬一直是多相流領域的研究難點。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現象、蒸發管的沸騰、冷凝器的冷凝等復雜現象，解決熱管試驗參數不易測量和試驗成本高等問題。軟件可以對流體回路的部件及換熱器等進行微觀的氣液兩相、單相、流固耦合等模擬仿真計算，提取所仿真的物理現象及趨勢，并能與理論計算比較驗證。2.

圖 4.2溢洪道場景 圖 4.3潰壩場景3.3 化工領域 在化工生產中，許多化學反應過程都涉及到多相流現象，如氣液反應、液液萃取、氣液固三相流化床反應等。Level-set方法可以用于模擬這些過程中的相間傳熱、傳質和化學反應等復雜現象，幫助研究人員深入理解反應過程的物理化學機制，優化反應器的結構和操作條件，提高反應效率和產品質量。

作品名稱：基于 Ansys Fluent 的旋流解吸器氣液傳質強化與 PBM 仿真研究作者： 李炎杰 | 華東理工大學 碩士研究生關鍵詞：平板旋流解吸器，Ansys Fluent，群體平衡模型（PBM），硫化氫脫除作者說從平板旋流解吸器研發實踐看，Ansys Fluent 的多相流與群體平衡模型（PBM）耦合能力，精準攻克了旋流場中氣泡破碎、聚并及氣液傳質耦合等微觀瞬態過程的觀測難題

在關鍵設備優化方面，如臥式三相分離器的設計，VirtualFlow 采用 LevelSet 模型結合非牛頓流體模型，清晰呈現油、氣、水三相流的分離過程，幫助工程師優化分離器的結構和操作參數。

GPU設備識別與選擇應用領域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雜多相流問題，廣泛應用于化工、能源、環境等領域的科研和工程項目。其高效的計算能力和靈活的模型設置，使其成為多相流數值模擬的理想工具。軟件案例界面結語LMFD2.0的發布為多相流數值模擬技術帶來了顯著的進步。

常用的曳力模型有 Schiller - Naumann 模型等，其曳力系數會根據流體的相對速度、顆粒形狀等因素進行計算，用于描述氣體和液體在運動過程中相互阻礙、帶動的力。廣泛應用于氣液兩相流動，如沸騰、噴霧干燥等過程。

關鍵詞：FLUENT，噴管，VOF模型，計算流體力學，氣液流動噴管是一種通過改變管段內壁的幾何形狀以加速氣體的裝置，使用FLUENT對某類似噴管的裝置進行氣液流動數值模擬，可以直觀的看到裝置內部氣液流動情況和相分布，進一步可以通過詳細的數值模擬可以對其進行不同結構參數和操作參數下的流場分析，探索更優結構參數及操作參數對其進行優化。

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。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。

多相流通常分為兩相流和三相流，盡管更復雜的系統可能包含更多相。常見的兩相流包括： 蒸發器和冷凝器中的氣-液流 生物反應器中的氣-固流 泥漿運輸和沉積系統中的液-固流三相流包括氣-液-固體流（例如化學反應器和流化床中）和氣-液-液流（存在于石油回收系統中）。由于不同相之間的相互作用，多相流建模非常復雜。

在多相流顆粒分離研究領域，精確模擬顆粒運動行為一直是技術攻關的核心難題。兩段錐形水力旋流器作為關鍵分離設備，其底流管直徑與入口速度對分離性能的影響機制復雜，亟需高精度模擬技術予以揭示。基于此，團隊創新開發氣-液-固三相湍流模擬方法（VOF - RSM - DEM），其中自主研發的 DEMms 軟件，憑借獨特的算法架構與模擬能力，成為攻克該難題的核心技術支撐。

圖9 柱徑（D）對最大沖刷深度（Smax）的主要影響 圖10 相對最大沖刷深度與KC數的關系 結論 （1）現有的海床-三腳架-流體數值模型能夠準確模擬三腳架周圍的沖刷過程及流場，顯示此模型可用于預測隨機波浪作用下三腳架基礎的沖刷情形。

(a-c) MBR 的示意圖及其配置參數 ; (d-e) 網格細節 2.2 模型設置 在MBR中，液體和固體顆粒的運動狀態可以視為等效，從而將三相流簡化為涉及氣體和液體的二相氣液流動。為了模擬這種流動，采用了歐拉模型，因為它能夠更高效地模擬氣液流動，并且適用于我們特定的研究問題，同時采用了k-?湍流模型來模擬湍流流動。

案例旨在通過CFD數值模擬方法，深入研究文丘里洗滌器內部的復雜氣液固多相流動和傳質過程，精確預測其除塵效率，為優化設計和安全分析提供理論依據。 基于ANSYS Fluent軟件，采用計算流體動力學（CFD）方法對文丘里洗滌器的除塵過程進行了數值模擬研究。模擬采用了歐拉-拉格朗日框架，將氣相（空氣）處理為連續介質，并利用離散相模型（DPM）追蹤粉塵顆粒（TiO?）的運動。

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。

- 需要設計合理的分布器以及內構件 Ansys技術方案 ‐ ANSYS Fluent內有著豐富的多相流模型能夠模擬鼓泡塔，針對流域的轉變模擬，ANSYS Fluent推出了AIAD模型(ANSYS 獨有)；針對流型轉變模擬，ANSYS Fluent推出了GENTOP模型(ANSYS 獨有) ‐ Population Balance Model能夠幫助計算氣泡直徑的分布

此外，渦軸發動機仿真還面臨著逆壓梯度大、流動三維效應和轉靜子干涉明顯、流動耦合互相關效應強、內流氣體物理特性變化大、存在氣/液/固三項流耦合情況等發動機仿真的共性問題，這些問題均給渦軸發動機的流動模擬精度的提升帶來了挑戰，獲得高精度性能仿真結果的難度極大。

采用基于無滑移假設的 Mixture 多相流模型描述自然空化的兩相流動，該模型假定氣、液界面處的流體速度連續，液相和氣相之間不存在速度滑移，將氣、液兩相視為一種流體—混合相來進行處理，相應的控制方程如下。

水輪機的CFD計算，屬于典型的氣液兩相流問題，通常需要應用的計算模型有湍流模型、多相流模型、空化模型、運動模型等。在多相流模型模型中，為了刻畫水流沖擊葉片時的兩相界面，通常使用VOF方法和LEVEL SET方法實現界面捕捉，關于這兩種方法的特點，可查詢公眾號往期文章。