多相流与传热
ANSYS workbench核工业多相流动和传热
― 用户扩展到几乎所有的蒸汽发电公司
― 所有主要的OEM都是ANSYS的用户
― 几乎所有的核电厂配套设施主要设备的开发过程中都使用过
ANSYS软件
― 美国及其它的监管机构都是用ANSYS软件
5
© 2017 ANSYS, Inc.
August 3, 2017
ANSYS UGM 2017
1
ANSYS 与核工业
Facility located at IRSN Saclay
Volume: 7 m3, height: 4.8 m Wall temperature controlled Test 101: depressurization test
21
© 2017 ANSYS, Inc.
August 3, 2017
22
© 2017 ANSYS, Inc.
August 3, 2017
ANSYS UGM 2017
硼稀释
• 欧盟的EUBORA和FLOWMIX-R项目使用ANSYS Fluent产品 • ANSYS-CFX被应用在VVER-1000机组的相关分析中 • 该分析需要模拟完整的一回路系统，要求能够合理模拟硼在冷
同时能够直接打开和编辑其它商业软件的几何文件网格网格划分难度大需要灵活的网格划分策略turbogrid短时间内对复杂的叶片和叶栅通道自动生成高质量的结构化网格fluentmeshing使用网格包裹技术针对大规模复杂网格生成高质量的网格文件求解器计算规模大流场复杂多数情况下涉及到多物理场耦合ansysworkbench协同仿真平台能够快速完成不同软件之间的数据传递实现多物理场间的单向和双向耦合11august32017ansysugm2017?2017ansysinc
流体力学中的多相流动研究
流体力学中的多相流动研究在流体力学领域中，多相流动是一个重要而复杂的研究方向。
多相流动指的是在同一空间中同时存在两种或多种不同相态（如固体、液体或气体）的流体的现象。
它涉及到流体力学、热传导、物质传递以及相界面动力学等多个领域的交叉研究，对于理解和应用于许多自然和工程问题具有重要意义。
多相流动的研究可追溯到19世纪中叶，当时人们对于蒸汽动力引擎的研究催生了对多相流动性质的兴趣。
以后的几十年里，科学家们通过实验和数值模拟等手段逐渐积累了大量的多相流动数据。
这些研究成果不仅推动了工程实践的进步，还为后来的理论建模和计算方法的发展提供了有力的支撑。
多相流动的研究对象可以是各种不同的系统，例如气液两相流、液固两相流和气固两相流等。
这些系统在生活和工程中都具有广泛的应用，因此对它们的研究具有重要的实际意义。
在多相流动研究中，液气两相流是最为常见和关注的问题之一。
它涉及到气泡的生成、成长、破裂以及其与周围环境之间的质量和热量传递等。
这种流动形式在化工、能源、生物医学和环境工程等领域都有广泛的应用。
在研究液气两相流时，科学家们经常使用实验和数值模拟相结合的方法。
实验可以通过观察和测量来获取流体的物理性质和流动行为，而数值模拟则可以通过建立各种物理模型和计算算法来确定流体的动力学、传热和传质特性。
这种综合的研究方法可以更好地理解多相流动的基本规律和复杂性。
除了实验和数值模拟，理论分析也是多相流动研究中不可或缺的一部分。
理论分析通常基于连续介质力学和宏观物质平衡原理，通过对流体和界面的力学行为进行建模和分析来推导出相关的方程和定律。
这些理论结果可以为实验验证和数值模拟提供指导，并帮助解释多相流动中的一些现象和问题。
在多相流动研究中，除了液气两相流，液固两相流和气固两相流也是研究的热点。
液固两相流通常包括颗粒悬浮物质在液体中的运动，如颗粒床、颗粒悬浮液和颗粒输送等。
而气固两相流则主要研究气体与固体颗粒的相互作用，如流化床、喷射器和气力输送系统等。
多相系统研究的主要科学问题
多相系统研究的主要科学问题多相系统是指由两种或两种以上的物质组成的系统，这些物质在系统内形成多种相（即不同的物态），每种相拥有自己的物理和化学性质。
例如，水和油的混合物就是一个多相系统。
研究多相系统是物理、化学和材料科学的重要领域，它具有广泛的应用前景，包括石油化工、医药、材料等领域。
在多相系统研究中，存在着一些主要的科学问题，本文将围绕这些问题展开探讨。
多相系统的相平衡问题多相系统的相平衡问题是研究多相系统的核心问题之一，它涉及到物质的相态、相变和热力学性质等方面。
相平衡问题的基本思想是建立相平衡条件和相平衡表达式，通过对这些条件和表达式的研究来了解各相之间的转化和分配规律。
在实际的多相系统中，相平衡问题具有很高的实用价值，例如研究气-液和液-液相平衡问题可以为石油生产中的油水分离提供理论依据和工程指导。
多相流动和传热问题多相流动和传热问题是研究多相系统的另一个重要问题，它涉及到多相系统中物质的流动和热传递。
在某些工程问题中，多相流动和传热问题是至关重要的。
例如，汽车冷却系统、空调冷凝器和石油化工等领域中对多相流动和传热行为的研究可以为相关设备的设计和性能优化提供依据。
多相反应与催化问题多相反应与催化问题是研究多相系统的第三个主要问题，它涉及到多相体系中化学反应和催化过程。
在材料制备、环境保护和生物化学等领域中，多相反应和催化是一项关键技术。
例如，通过研究多相催化反应的反应机理和反应条件，可以加快反应速率、提高反应产物的选择性和有效利用资源等。
多相表面与界面问题多相表面与界面问题是研究多相系统的第四个主要问题，它涉及到多相系统中物质体相和相界面之间的相互作用和影响。
在材料科学、地球科学和生命科学等领域中，多相表面和界面的研究是一项重要的任务。
例如，在材料科学中，多相界面的研究可以为材料的表面改性和组成设计提供理论基础和工艺指导。
结语综上所述，多相系统研究的主要科学问题包括相平衡问题、多相流动和传热问题、多相反应和催化问题以及多相表面和界面问题。
多相流传热学1_2
冷凝器 再循环锅炉
压力抑制水池 给水泵
循环水泵
Dai C
研究多相流的意义
自然现象： 大气流动，风雨雪砂雾雹，河床、冰川、海洋、 喷泉、泥石流、生物系统等
Dai C
自然界中的多相流
Dai C
一、绪论
1:主要参考资料
1、主要参考资料
教科书(Books) (1) 鲁钟琪 编著：《两相流与沸腾传热》清华大学出版社，2002年 (2) 林宗虎 等编著:《气液两相流和沸腾传热》西安交通大学出版社，2003年 (3) 郭烈锦 编著：《两相与多相流动力学》西安交通大学出版社，2002年 (4) Naterer Greg F.: Heat Transfer in Single and Multiphase Systems, CRC Press, 2003 (5) Kolev N.I. : Multiphase Flow Dynamics, 2002, Springer (6) Collier J.G.:Convective boiling and condensation, McGraw Hill, 1981 期刊(Journals) (7) International Journal of Multiphase Flow (1974 -) (8) ASME Journal of Heat Transfer (9) International Journal of Heat and Mass Transfer
Dai C
一、绪论
多相流的概念
(4) 同时存在两种及两种以上相态的物质混合体的流动就是两相或多 相流。气体和液体属于连续介质也称为连续相或流动相(Continuous phase)，固体颗粒、液滴和气泡属于离散介质(Dispersed phase) ， 也称分散相或颗粒相。流动相和颗粒相组成的流动叫做两相或多相流 动。[3] 气液两相 气固两相 液固两相 液液两相
多相流 机理
多相流机理
多相流是指在同一空间内同时存在两种或两种以上的物质，它们之间
相互作用、相互影响，共同参与热、质、动量传递和化学反应的流体
现象。
多相流广泛应用于化工、石油、能源、环保等领域，因此对其
机理的研究具有重要意义。
多相流机理主要包括以下几个方面：
1. 相间传质和传热机理
不同相之间由于物性差异，会产生浓度和温度的差异，从而引起物质
和能量的传递。
例如，在气液两相接触处，气体会向液体中扩散，液
体则向气体中蒸发。
这种现象称为气液界面上的传质和传热。
2. 相变机理
在多相流中，当温度或压力变化时，某些物质可能会发生相变。
例如，在汽车发动机中，水蒸气会从液态转变为气态，并带走一定的热量。
这种现象称为相变。
3. 相互作用力学
不同相之间存在着各种各样的力学作用。
例如，在固体颗粒悬浮在液
体中的情况下，液体会对颗粒产生浮力，而颗粒则会对液体产生阻力。
这种现象称为固液两相之间的相互作用力学。
4. 流型和流动结构
在多相流中，不同相之间的分布和运动状态会形成不同的流型和流动
结构。
例如，在气固两相流中，存在着床层、漩涡、射流等不同的流
动结构。
5. 多尺度问题
多相流中存在着多个尺度的问题，如颗粒粒径、气泡大小、液滴半径等。
这些问题需要采用多尺度方法进行研究。
总之，多相流机理是一个复杂而丰富的领域，需要综合运用物理学、
化学、力学等多个学科知识进行研究。
在未来，随着科技水平的不断
提高和应用需求的增加，多相流机理研究将更加深入和广泛。
多相流传热及流变学研究
多相流传热及流变学研究多相流传热是现代工业中的一个重要研究领域，其研究成果对于推动现代制造业的发展具有重要的意义。
多相流传热涉及到许多学科，包括热学、流体力学、材料科学等等。
其中流变学是一个关键的学科，它研究的是流体的物理特性，如黏度、流变常数等，对于多相流传热的研究至关重要。
本文将探讨多相流传热及流变学研究的相关问题。
一、多相流体的分类多相流体，简言之，是指包含两种或两种以上不同相的流体。
例如，气体和液体之间的界面、固体颗粒和液体之间的界面，以及多个相之间的界面等等。
基于不同的特性，多相流体可以被分为气固两相流、液固两相流、液气两相流、液-液两相流等等。
二、多相流体的流变学特性多相流体的流变学特性是指它们的流动性质，如黏度、流变常数等。
这些物理特性对于多相流传热具有重要的影响。
在气固两相流中，气相通常表现为惯性流动，而固体颗粒则表现为粘性流动。
流体的黏度通常是一个重要的参数，混合气体和颗粒的黏度通常要比纯气体的黏度高得多。
在液固两相流中，固体颗粒的尺寸通常非常小，它们的行为与分子的行为类似，流体的流动性质由颗粒间的相互作用和颗粒与流体分子的相互作用来决定。
液气两相流的黏度一般比气相的小，但是由于液相的密度大，因此液气两相流对于热量的传递更有效。
在液气两相流中，液滴或液体膜可以在气体中移动，对传热产生影响。
液-液两相流的黏度通常非常大，由于其高黏度，液体倾向于在生产中产生较大的压降。
对于处于界面附近的反应，液-液两相流的传热有其独特的特殊之处。
三、多相流传热的应用多相流传热在很多领域中有着广泛的应用，如制药、化工、食品加工、航空、航天、电子器件等等。
在制药中，由于药品往往是化学反应动力学非常低的物质，因此采用多相流传热技术可以提高反应速度，从而提高生产效率和产品质量。
在食品加工中，例如田园脆饼的制造，采用高压喷雾干燥法，强制空气干燥和冷却烘焙食品，这是典型的液固两相流传热。
在航空和航天领域，多相流传热涉及到传热板、导热材料和热管等设备的设计和制造，以支持航天器的发射和操作。
流动、传热及传质的控制方程
对流传质方程
01
对流传质方程是描述流体流动过程中物质传递的方程，它基于Fick第二定律和 Darcy定律。
02
对流传质方程的一般形式为：ρSc▽·vc = -▽P/ρ + ν▽²vc + (1/ρ)▽·(ρD▽c)，其中 Sc是斯密特数，v是速度矢量，P是压力，ν是动力粘度，D是扩散系数，c是浓度。
有限元法在结构分析、固体力学、流体力学等领域有广泛应用。
有限体积法
01
02
03
有限体积法是一种求解偏微分方 程的数值方法，它将连续的求解 区域离散化为有限个小的体积单 元，并对每个体积单元构造近似 函数。
有限体积法特别适合处理流体动 力学问题，因为它能够很好地捕 捉到流体运动的特性，如速度和 压力的连续性。
熵守恒方程
总结词
描述流体熵在空间中的变化。
详细描述
熵守恒方程是热力学的基本方程之一，它表明在封闭系统中，流体的熵不会凭空产生或 消失。该方程基于熵增原理，表示流体在流场中单位时间内熵的增加等于流入该控制体
的净熵流量。
02 传热的控制方程
热传导方程
总结词
描述了物体内部热量的传递过程。
详细描述
热传导方程，也称为傅里叶定律，表 示在物体内部，温度梯度导致热量从 高温区域流向低温区域。该方程基于 能量守恒原理，并考虑了导热系数的 影响。
03
对流传质方程适用于描述流体流动过程中的物质传递过程，如化工、环境、食 品等领域中的流动和传递过程。
化学反应动力学方程
1
化学反应动力学方程是描述化学反应速率和反应 机理的数学模型。
2 3
传热过程中的多相流场数值计算
传热过程中的多相流场数值计算传热是我们生活和工作中经常涉及到的一种物理过程，它涉及到能量的传递和转化。
在传热过程中，多相流场计算是非常重要的一个问题。
这是因为在实际生产和工程中，多相流场的存在是非常普遍的，比如液体和气体，固体和液体等。
在多相流场中，不同物质的速度和浓度存在较大的差异，这会对能量传递和转化产生很大影响。
因此，在进行多相流场数值计算时，需要对各种物理现象和复杂的相互作用进行系统建模和计算。
首先，多相流场数值计算需要对物理过程进行建模。
这包括液体和气体之间的相互作用、固体和液体之间的相互作用等。
这些物理过程的建模可以基于牛顿定律、热力学原理等基本公式进行。
同时，还需要考虑各种流体力学现象，如湍流效应、边界效应等。
其次，在进行多相流场计算时，还需要使用各种数学计算方法和数值模型。
这些计算方法可以包括有限元法、有限体积法、谱方法等。
这些数值方法和模型可以帮助我们处理流体流动和相互作用的复杂性。
最后，进行多相流场数值计算还需要对计算结果进行分析和评估。
这可以通过比较实验结果和计算结果进行。
同时，还可以考虑各种参数对计算结果的影响，以寻找最佳计算方案。
在现实工程中，多相流场数值计算已经广泛应用。
比如在天然气输送、冶金工艺、核工程等领域中，都需要进行多相流场计算。
这种计算可以帮助我们找到最佳的控制方案和优化方案，以提高工业生产效率和环境保护效果。
总之，多相流场数值计算是一项非常重要的工作，它在实际生产和工程中有着广泛的应用。
这个领域还有很多待探索的问题，比如如何进一步提高计算精度和稳定性等。
我们需要不断探索和创新，才能将多相流场数值计算应用于更多的领域和实际工程中。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多相流与传热
Multiphase Flow and Heat Transfer
主要学习内容
1.多相流与传热的研究与应用背景；
2.多相流与传热过程的基本原理、描述方法和基本方程；
3.特定边界条件下多相流与传热过程的求解方法；
4.多相流与传热过程的实验研究方法；
5.多相流与传热过程的数值模拟方法；
6.多相流与传热过程的过程工程应用
7.多相流与传热过程研究的发展前景与展望。
学习要求
在自学与讨论相结合的基础上，写出读书报告。
内容应包括本课程主要内容的概括性叙述，重要公式的推导和理论的概述，求解方法举例，实验和数值模拟方法和实验研究技术，主要工程应用和发展前景展望，主要结论和学习体会等，读书报告的内容应特别注意结合自己的研究方向和课题。
主要参考文献
1.Christopher E. Brennen, Fundamentals of Multiphase Flows, Cambridge
University Press，2005
2.陈学俊，多相流热物理学，西安交通大学出版社,2005
3.陈听宽，两相流与传热研究，西安交通大学出版社,2005
4.鲁钟琪，两相流与沸腾传热，清华大学出版社,2002
5.周云龙, 洪文鹏, 孙斌，多相流体力学理论及其应用，科学出版社,2008
此外, 也应参考本领域国内外学术期刊的有关论文和有关的专利及标准规范等文献。