• 在椭球区域或变形区域, 液滴或空泡以螺旋形路径上升
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Drag Coefficient
• 对单个粒子而言, 拽力与流体和颗粒间的相对速度有关, 以拽力系数表示 CD:
FD
1 2
CD
rf
Ap
Ur
Ur
Ur Uf - Up
Ap
d
2 p
4
• 通常来说, 拽力系数减少粒子雷诺数(particle Reynolds number):
Rep
rf
Ur
f
dp
确切的关系与相的形态和流动属性有关. 大多数情况下, 可援引经验系数CD.
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Interphase Mass Transfer
空泡.
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Distorted Droplets and Bubbles
• Small bubbles - spherical • Larger bubbles - ellipsoidal
• As bubble size increases, spherical caps may be formed
• Environment – Fog – Rain – Erosion – Emission
• Biomedical – Blood flows – Eyes – Lungs
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Examples of Multiphase Flows
• Horizontal Bubble Reactor (Bubbly Flow)
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Continuous-Dispersed Multiphase
•一相是离散粒子(discrete particles), 液滴(droplets), 或空泡(bubbles)散 布在连续相中 • 例如:
–雨: air + water (droplet flow) –软饮料: Liquid + bubbles (bubbly flow) –泥浆: Water + sand (particulate flow) –含尘空气: (particulate flow) –一液体里含有不能融合的另一种液滴, 如. 醋里的油滴.
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多相流中的物理问题
• 相关物理现象 • 浮力(Buoyancy) • 相间拽力(Interphase drag) • 相间质量传输(Interphase mass transfer) • 表面张力(Surface tension) • 粒子-粒子相互作用(Particle-particle interactions) • 破碎和聚结(Breakup and coalescence) • 相间面积的模化(Modeling interfacial area)
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Multiphase Applications
• Chemical and Process Industry – Gas cleaning – Fluidized bed reactors – Bubble columns – Polymer production – Mixers – Dryers
(annular flow). • 模拟对不同区域(regimes)相间相互
作用的方法, (drag laws, interfacial area, etc.) 可能大不相同 • 模型的选择, 经验很重要!
Gas-Liquid Flow in a Vertical Pipe
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• The drag relationships are very different for the different bubble shapes!
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Motion of Distorted Bubbles
• 对一些多相流问题重要的物理现象, 对其他多相流问题不一定重要. 特别问
题要特别对待.
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Buoyancy
• 在所有流动中都含有重力的影响, 在当无密度梯度流动中 (如. 常密度的不可压流
体), 重力在压力梯度上的影响通过以大小相等方向相反的静压梯度的方法平衡. 具体到动量守恒方程上, 有:
LHS = rg - p
• 对gas-solid 和 gas-liquid 多相流, 相间的密度差可以达到1000倍. 对solid-liquid 和
liquid-liquid多相流, 相间密度差稍小, 但是浮力项依然很重要.
• 对很多多相流问题, 浮力是必须要考虑的.
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Modeling Approaches
多相流模拟的两个基本方法:
• Eulerian-Eulerian
– 两相之间连续的相互作用. 假定相由流体计算域流出. – 一般来说, 每个相的体分数和流场变量单独求解. – 每个Eulerian dispersed phase具有单一直径的特征. 用标准的欧拉方法模拟三种不同
•若在空间上不连续, 则该相为离散相. 否则为连续相. • 允许大的密度差存在 (rc/ rd=1000, rc/ rd=10-3) • 允许大差异的速度场. •通常的例子如空泡塔器 (bubble columns)和流化床(fluidized beds).
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Lecture 6 ANSYS CFD Multiphase
Introduction to ANSYD CFD
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Multiphase in ANSYS CFX
Introduction to ANSYD CFD
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Examples of Multiphase Flows • Injection and Breakup of Liquid Droplets from a Nozzle
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Free Surface Flows
• 例子
– 两个连续相 – 浇模(Mold filling) – 溃坝(Dam break) – 注油(Filling of a gasoline tank) – 液面晃动(Sloshing of a surface in a container) – 明渠流动(Open flow in a channel) – 处理方法:homogeneous , 相和相之间分享同样
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Modeling Buoyancy in ANSYS CFX
• 为了避免动量方程中出现两个大的且方向相反的两项 (会增加元整误差), 引入浮力参考密度并场求解对应修正压力场: rg - p = (r - r0)g - p’ where p’ = p - r0 (g . x) 当激活浮力选项, 这时就必须指定参考密度. 对多相流问题, 参考密度即是 其中一相的密度.
的速度和场变量(volume fraction除外）
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Different Multiphase Flow Regimes
• 多相流(MPF)没有一个统一模型!
• 右图中的多相流在气体流量逐渐增 加的情况下，从左到右有在连续相 中分布均匀的空泡流, 到节涌流 (slug flow, 又名活塞流 ), 到环状流
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Interphase Drag
• 类似于苏打饮料瓶内气泡在流体内的上升:
• 气泡通过液体的上升. 上升速度不同, 相间拽力或动
量转化就不相同:
– 气泡由液体的作用速度变慢. – 液体由气泡的作用速度加快.
• 为了求解两相的动量方程, 需要对相间的拽力进行表达.
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Interphase Drag
• 离散相粒子/液滴/空泡与连续相间的拽力, 取决于离散相的大小和形状、 流体计算域和流体性质 .
• 多数拽力经验系数来源于球形实体. • 固体粒子的大小和形状不随流动条件改变而变化. • 随流体力的变化, 液滴和空泡可以变形, 可以破碎或融合成更大的液滴或
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Multiphase Flows