CFX5 CFX5多相流模拟

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1、2005-3-24CFX5多相流模拟MultiphaseFlowModelinginCFX-5ATETechnology（中国）有限公司2005年3月21培训内容¾多相流简介¾欧拉多相流模型（Eulerian-EulerianMultiphaseFlow）¾相间动量传输与颗粒作用力¾连续多相流（Continuous-ContinuousMultiphaseFlow）¾相间能量传输¾相间质量传输¾湍流、边界条件及求解策略¾欧拉多相流练习¾拉格朗日多相流（拉格朗日颗粒跟踪模型）¾拉格朗日多相流练习2005-3-24SlideSerialNo.212005-3-24多相流简介多相流简介¾多相流指：

2、¶存在一种以上流体；¶每种流体用自己的流场参数描述（速度、压力、温度、密度等）¾“相”的概念¶流体在宏观尺度上混合，该混合尺度小于解析尺度（网格尺度），但远大于分子尺度。¶在微观尺度（分子尺度）上混合的流体可以用定义质量分数的方法来模拟（多组分流）¶可以存在多组分多相流的情形2005-3-24SlideSerialNo.422005-3-24CFX5.7中的多相流模型¾欧拉多相流（Eulerian-EulerianMultiphaseFlow）¾求解体积分数方程和每一相的流场变量¾将某一特定直径的颗粒视为一相¶如，模拟水中气泡流时，对三种不同直径的气泡，分三相来模拟，共需求解四相¾可以模拟分

3、散流、连续流，且可以考虑了表面张力效应¾拉格朗日颗粒跟踪模型¶模拟颗粒分布更方便¶煤和油燃烧模拟等¾沸腾和气蚀等相变模型2005-3-24SlideSerialNo.5连续－分散体系¾一相为连续相、另外一相为离散相（或分散相）¾实例如：雨：空气＋水（液滴流）啤酒：液体＋气泡（气泡流）泥浆：水＋沙粒（颗粒流）液体中的不互溶液滴：如水中的油滴¾可能存在高密度比的情况ρc/ρd=1000,ρc/ρd=10-3¾可能存在两相速度差异很大的情形¾常见的例子包括气泡流和流化床2005-3-24SlideSerialNo.632005-3-24自由表面流¾实例：¶浇注¶堤坝泄洪¶油箱加油过程¶容器内的液面

4、晃动¶河流的自由表面流等2005-3-24SlideSerialNo.7气液两相流实例¾气泡柱中的气液两相流g¾气液质量流比率的不同，形成不同的流型；¾相间的相互作用取决于流型；¾流型很难通过CFD进行预测；通常是通过实验经验模型给出2005-3-24SlideSerialNo.842005-3-24两相流实例¾气固两相流¶颗粒与颗粒之间的相互作用非常重要¶催化反应器¶分离设备，如旋风分离器¶除尘设备¾液固两相流¶淤浆悬浮床¶沉降池¶具有固体颗粒的生化反应器2005-3-24SlideSerialNo.9相间相互作用¾动量传递速度差引起¾质量传递浓度差引起¾能量传递温差引起2005-3-24

5、SlideSerialNo.1052005-3-24欧拉多相流模拟方法Eulerian-EulerianApproach欧拉多相流模型¾相间连续¶各相在宏观尺度上混合，尺度小于解析尺度（网格尺度），但大于分子尺度；¶所有相占有同一空间体积，在控制体内假设每一相占有的体积大小用体积分数来表示；¶每一相有自己的流场参数；¶各相通过相间的能量传输、动量传输、质量传输模型耦合；¶相间传输模型因问题而异，大多是建立在经验公式上的。2005-3-24SlideSerialNo.1262005-3-24欧拉多相流模型¾控制方程¾每一相具有各自的质量、动量、能量、标量传输方程（体积分数）¶N组耦合的偏微分方

6、程组•(u,v,w,p,T,vf)1•(u,v,w,p,T,vf)2•(u,v,w,p,T,vf)N•6+6+…未知量•5+5+5…方程•vf1+vf2+…=1•p1=p2=pN2005-3-24SlideSerialNo.13欧拉多相流模型¾传输方程通式:∂(ρrφ)+∇⋅(ρrUφ−rΓ∇φ)=rS+Tααααααααααααα∂t¾等式右边有两项源项T=c(φ−φ)11221¾对于两相流式中c12(φ2−φ1)为由于温度梯度、速度差等而引起相间传递项2005-3-24SlideSerialNo.1472005-3-24欧拉多相流模型¾质量连续方程∂NP(ραrα)+∇⋅(ραrαUα)

7、=∑(m"αβ−m"βα)∂tβ=1¾动量传输方程∂T(ρrU)+∇⋅[r{ρU⊗U−µ(∇U+[U])}]αααααααααα∂tNP=r(B−∇p)+∑c()U−Uαααββαβ=1¾CFX5.7中有多种相间曳力模型，同时可以通过CCL构造用户自己的多相流模型¾上述连续方程右边给出的项为相间质量传输项2005-3-24SlideSerialNo.15相间动量传递及颗粒作用力MomentumTransfer