PHOENICS-两相流求解(IPSA)

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1、第18章两相流解析（IPSA）PHOENICSversion3.5ComputerSimulationoffluidflow,heatflow,Chemicalreactionandstressesinsolids第18章两相流求解（IPSA）Concentration,Heat&MomentumLimited第18章两相流解析（IPSA）目录页码1．实用上的重性……………………………………………………………………18－12．相的定义………3．相的方程式……4．IPSA解法……5．计算（IPSA法）的执行命令6．紊流模型7．两相间的相关关系8．粒子

2、尺寸的计算（SHADOWphase法）9．百科全书、帮助和例题集10．参考例题一11．参考例题二第18章两相流解析（IPSA）1．实用上的重要性包括两相流在内的多相流，对如下的实际工学、环境的应用具有很大的重要性。l蒸汽发生器、压缩装置、蒸汽涡轮机、煤燃烧炉、流动床反应炉。l流体喷雾器、流体中污染物质的分离、在自由表面问题上存在显著的界面等等。多相流，由相互不同的运动的两种以上流体来表现。一般情况下，这些流体中，存在着不同的物理性质－温度、密度及传导性。2．相的定义所谓相，就是混合物质中可识别的类别的一种现象，可以如下的特征来表征：l热力学的相（固

3、体、液体或气体）l尺寸（例：200到400微米之间的全粒子）l几何形状（例：完全圆形粒子）l温度（例：500K以上的全粒子）最为一般性的区别是基于热力学的相。¡即使相之间不混合，由明显的界面分开的情况下，用两相流的技巧也可以求解，但是，用SEM、HOL那样的变形单相法效果将会更好。¡本章主要对分散流加以说明。3．相的方程式¡连续性方程相的连续性方程可以看作管理相的体积分数的方程式。它们与单相流连续性方程相对应。第相的连续性方程式为式中――第相的体积分数，；――第相的密度，；――第相的速度矢量，；――第相扩散系数，；――从其它相得到的第相的密度流量，

4、。¡相的保存式第相的变量的保存式为式中――相内部扩散系数，；――相内部源项，[的单位]／（）；――由其它相得到的相间源项，[的单位]／（）。注意：l加上体积分数，将引入考虑其它相“稀释”的影响。l相内部扩散项表示分子混合和紊流混合。l相扩散项表示由分散相粒子的紊流扩散引起的的输运。¡相间偶合方程描述相状态的方程式，是基本的Navier-Stokes方程。这些相各自根据体积分数，只占据某一部分领域。另外，相之间存在质量、动量、以及能量等交换。这些作为相间源项被考虑了，经常称之为构成关系（相间关系）。在多数情况下，其表现主要来自经验性的实验。第18章两

5、相流解析（IPSA）4．IPSA解法两相流现象的预测中，需要计算以下变量。●名相的3个（最多）速度分量●名相的体积分数另外，根据需要，计算以下项：●温度●化学组成●粒子尺寸●紊流量●压力用PHOENICS变量名表示如下：变量名（第一相）变量名（第二相）速度分量，，，，体积分数压力温度（热焓）紊流参数，化学浓度作为用PHOENICS的两相流解法，采用了IPSA法（InterPhaseSlipAlgorithm），该方法有如下特征：●使用固定网格，采用了“浸入连续体”的概念，用Eulerian-Eulerian法，求解各相的方程式。●体积分数（），作为

6、相占据的容积比例来计算。它可以解释为：在指定的区域及时间内，作为看成第相的可能性。●所有的体积分之和必需为1。PEA（PartialEliminationAlgorithm）方法例如，在离散化的动量方程式中，某点的两相速度和的方程式可以表示如下：（a）这里，为相间摩擦；、表示其它项。将（a）式变形，写成、的形式，则（b）当相间的结合紧密（较大）时，（b）式将变成（c）这样，当用逐次迭代法求解式(a)时，如式（c）那样，其值将不变成初值。另外，即使的值不很大，收敛也变得很慢。于是，由式(a)中分别消去、，得（d）若很大时，将如下式那样，和相等，但与(

7、c)式具有不同速度初值不同。而且，这种方法，即使在和近似值的情况下，收敛也将变快。（e）另外，用IPSA法从两个连续式（）中求1个压力（）。因此，把两相的连续方程加权平均，与用“JointContinuityEquation”的SIMPLE方法同样地导出压力修正的方程式。求解顺序基本上与SIMPLE方法相同，但在相体积分数的计算以及加权平均法方面，使用了如下的特殊的方法。第18章两相流解析（IPSA）要点１用IPSA法可以求解的方程式最多为２组。有３相以上时，需要一并考虑ASM等其它的模型。要点２IPSA法中，由于紊流只解第一相，因此哪一种流体作为

8、第１相，要考虑好再决定。要点３可以考虑相间的质量、动量、热量、化学类的移动、扩散。但是，求解变量是单相流的两倍，而且，由于