多相流的数值模拟.ppt

*多相流的数值模拟*本章主要内容多相流数值模拟的特点多相流数值模拟中常用的特殊参数多相流数值模拟方法的分类连续介质力学模型气-液两相流相界面迁移过程的数值模拟LevelSet方法及其在气-液两相流数值模拟中应用VOF模型及其在气-液两相流数值模拟中的应用其他多相流数值模拟方法多相流数值模拟中的困难及发展方向*多相流数值模拟的特点数值模拟也叫计算机模拟,它以计算机为手段,通过数值计算和图像显示的方法,达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。多相流数值模拟即对两相或多相流动系统进行数值模拟。*多相流数值模拟的特点优点数值模拟工作的物质耗费较少,花费时间短,节省人力物力便宜性数值模拟具有很好的可重复性通过数值模拟可以对一些难以测量的量做出预测通过数值模拟可以发现一些新的现象缺点描述两相流的变量几乎增加一倍描述两相流的基本方程组比单相流要复杂的多需要确定相之间的相互作用相分布的描述困难两相流守恒方程的求解困难气-液相界面的数学描述困难气-液相界面上表面张力的计算困难*多相流数值模拟中的常用特殊参数浓度浓度表示固体相的质量在局部计算区域中所占据的质量(或体积)份额,对应的浓度参数则称为质量(或体积)的浓度。容积含气率和截面含气率质量气流率含气率表示气体相的体积在局部计算区域中所占据的份额,也叫空泡率,表示为:,其中,表示控制单元内气体相的体积,而表示控制单元的体积。气-液两相流中气相质量流量所占两相质量流量的份额称为质量气流率,用表示:相分布参数*多相流数值模拟中的常用特殊参数相函数相函数表示两相流气体(液体)相的体积(在二维空间中,对应的参数是面积)在局部单个网格区域中所占据的份额。LevelSet函数LevelSet函数是一个高阶空间分布函数,它的零等值面可被用来指示相界面的位置和形状。加权参数为了计算方便和便于进行试验数据拟合,常对多相流的真实参数进行权重因子的加权。容积气流率气相体积流量和两相体积流量之比为体积含气率,又称容积气流率,用表示:运动参数静止参数*多相流数值模拟方法分类根据数学和物理原理不同,将多相流数值模拟主要分为以下三类:经典的连续介质力学方法(欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法)建立在统计分子动力学基础上的分子动力学模拟方法介观层次上的模拟方法(格子-Boltzmann方法)从应用角度,将多相流数值模拟主要分为以下三类:宏观整体特性的数值模拟局部场分布特性的数值模拟微观层次的深入分析*欧拉—拉格朗日类模型连续介质力学模型特点:连续相的介质的运动由经典的Navier-Stokes方程控制,而分散相的运动则由独立的动量方程控制。适用范围:用于解决由连续相(气体或者液体)和分散相(如液滴或气泡)组成的弥散多相流动体系。*单颗粒动力学模型(单向耦合模型)考虑:单个颗粒在连续相流体中的受力和运动,认为连续相的流场已知忽略:*单颗粒动力学模型(单向耦合模型)在拉格朗日坐标中,一般形式的颗粒运动方程为:颗粒运动的阻力附加质量力压力剃度力Basset力Magnus力Saffman力简化后的单颗粒运动方程:适用:流场中一相须是弥散于连续介质中的独立的颗粒、气泡或液滴。适用模型:处理稀疏的气-固两相流或弥散的气-液,液-液两相流问题。