毛细管中两相流的CFD模拟

血管中血液和血栓两相流动的CFD模拟

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
文章编号：１００３ — ９０１５（２０１５）０４ — ０９９２ — ０５
血管中血液和血栓两相流动的ＣＦＤ模拟
余亚杰，王妍，许松林
（天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室，天津３０００７２）
ｗａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃｃａｎａｌｓｏａｆｆｅｃｔｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｒｏｍｂｕｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｓｉｍｐｌｉｉｅｆｄｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｒｏｎａｙａｒｒｔｅｙ．Ｔｈｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｗｅｔｅｎｎｏｎ．ＮｅｗｔｏｎｉａｎｂｌｏｏｄａｎｄＮｅｗｔｏｎｉａｎｂｌｏｏｄｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．ａｎｄｔｈｅｗｏｔ．ｐｈａｓｅｌｏｆｗｏｆｂｌｏｏｄａｎｄｔｈｒｏｍｂｕｓｉｎｂｌｏｏｄｖｅｓｓｅｌｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅ１ａｗｏｆｔｈｅｌｏｆｗｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓａｎｄｆｏｒｌＴＩＳｏｆｔｈｒｏｍｂｕｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｉｚｅ，ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｒｏｍｂｕｓ，ｔｈｅｂｌｏｃｋｉｎｇｒａｔｅａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍｓｏｆｔｈｒｏｍｂｕｓｏｎｔｈｅｖａｓｃｕｌａｒｗａｌ１．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｍｕｒａｌｔｈｒｏｍｂｕｓｉＳｈａｒｄｔｏｍｏｖｅ．ｗｈｉｌｅｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｒｅｅｔｈｒｏｍｂｕｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙｂｌｏｏｄ；Ｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｔｈｒｏｍｂｕｓｉｎｔｈｅｖｅｓｓｅｌｗａｌ１ｃａｎｌｅａｄｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈａｎｇｅａｎｄｗａｌｌｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｒｉｓｅ．ｃａｕｓｉｎｇｄａｍａｇｅｔｏｔｈｅｖｅｓｓｅｌｗａｌＩｉｎｔｉｍａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ．Ｎｅｗｔｏｎｉａｎｂｌｏｏｄ；ｔｈｒｏｍｂｕｓ；ｂｌｏｏｄｌｏｆｗ；ｗａｌ１ｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ：ｗａｌ１ｐｒｅｓｓｕｒｅ

管道流体仿真教程

两相流管道仿真教程利用FLUENT对两相流管道内流场进行数值仿真，有如下步骤：1，利用Gambit软件，打开软件界面如下图：2，建立模型的几何文件：直接建体模型，如下图所示，管道圆柱形，长为5000mm，半径为500mm3，划分边界层网格：设置边界层首层厚度为2mm，其增长比率为1.2，层数为4，选择边界层施加面为face2，即为管道圆柱面4，划分体网格：对管道实体进行网格划分，可以直接对其进行体网格划分，选择管道实体volume.1，其他设置如下图所示，网格的Interval Size可以设置为10，点击Apply划分出的管道体网格以及边界层网格如上图所示5，设置入口边界条件，设置进口名称为Inlet ，类型为速度进口，面为Face.1，具体设置如下图所示：如下图所示：为face.2，如下所示：8，输出网格文件：如下图所示9，打开FLUENT软件，进行计算设置：首先设定单位为mm，如下图所示：10，设置操作环境，操作压强为101325帕，设置重力加速度为Y向为-9.8111，设置两相流模型：选取混合相模型，这里将固体颗粒相当做欧拉相进行研究，相数位2，如下图所示：12，选择湍流模型，根据管道模拟的实际情况，选取S-A湍流模型13，设置仿真材料，定义液相材料为水，参数为默认14，设置固体颗粒相计算材料，具体设置参数如下图所示：得到的材料栏的设置情况为15，对相进行设置，主相位水，选择材料为液态水，如下图所示：第二相为固体颗粒相，设置如下：16，设置两相之间的相互作用，采用默认设置，如下图所示：17，设置进口边界条件，如下图所示，类型为速度入口，此处也可以更改为其他的边界类型。

注意此处的相定义的是混合相设置速度入口边界如下，更改水力直径为1000mm，即为入口的直径值。

18，设置主相的进口边界如下，相改为水设置进口处主相水的速度矢量为0.5m/s，19，设置第二相的进口边界如下，相改为颗粒对颗粒相的速度进口进行设置，速度值设置与液相一致，也为0.5m/s，另外要设置进口处的颗粒相的体积分数，体积分数为0.6，体积分数设置如下图所示：20，出口边界条件设置。

毛细管+置换通风空调的实验研究和CFD模拟

毛细管+置换通风空调的实验研究和CFD模拟吴子恒;祝健【摘要】It can be found that the air temperature in floor radiant cooling system is higher than that in roof radiant cooling system ,but the radiant level of the former is far higher than that of the latter af-ter contrasting these two kinds of systems .Furthermore ,fresh air can enter into the active area faster in floor radiant cooling system .It is more efficient to remove heat in floor radiant cooling system .So the floor radiant cooling system is not inferior to the roof radiant cooling system .The result of the simulation using computational fluid dynamics (CFD) shows that the error of two kinds of radiant cooling modes is 16% at most ,w hich is acceptable in consideration of the complex indoor models .%文章对顶板辐射和地板辐射供冷2种空调系统进行对比后发现,地板辐射空调系统室内空气温度可能高于顶板辐射空调系统,但是地板辐射对人体的辐射量远大于顶板辐射,并且新风在地板辐射系统中能够更快地送入人员活动区,其除热效率更高,因此地板辐射供冷系统对人体的作用效果并不逊色于顶板辐射供冷.基于计算流体动力学(computational fluid dynamics ,CFD)进行模拟验证,结果表明,顶板辐射与地板辐射2种方式供冷的误差不超过16%,考虑到室内模型布置较为复杂,误差在可接受范围内.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】5页(P828-832)【关键词】毛细管;置换通风;计算流体动力学(CFD)模拟【作者】吴子恒;祝健【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TU831.5由北欧国家发展起来的辐射空调改善了传统空调完全由对流换热对人体造成的不适感[1],其辐射换热的部分能达到总换热量的30%～40%[2],其安装位置不同,效果稍有差异,更多的能达到50%以上[3]。

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

排灌机械工程学报第39卷第5期Vol.33 No.5Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering不同管径水平管道气液两相流动数值模拟张赫铭1，,李文昊32,何新林32*，刘宁宁32,金瑾14（1.石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子830009； 2.石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子830009）收稿日期：2727-95-08；修回日期：2927-99-ll ；网络出版时间：2221-95-15网络出版地址：https ：//kgs.okXget/kcms/yetaim34A814.TH.29219511A708.914.5tml 基金项目：国家重点研发计划项目(2917YFC949329575)第一作者简介：张赫铭(1999—)女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生(hemyo_9395@165•om )，主要从事压力管道输水研究.通信作者简介：何新林(1996—)男,新疆石河子人，教授,博士生导师(hpXXyX792@165•om )，主要从事农业高效用水及水文水资源研究.张赫铭摘要：为更好了解管道中的气液两相流运动过程，揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果，应用Fluent 软件进行三维水平管道的数值模拟研究，并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明：三维CFD 模拟可较好地展示管道气液两相分布规律；增大液相折算速度可以发生流型的转化，随着管径的增大，气泡流-塞状流的过渡表现为更高的液相折算速度，从88 mm 管道中的小于4 is 过渡到26 mm 管道中的4 m/s ,随着液相折算速度和管径的减小，由气团引起的压力波动随之减小，其中2.8 m 位置处的最大压差由9 439.2,2 822.5 Pa 减小到9 130.9 Pa ；管道上壁面流速下降梯度高于下壁面，且气泡越大，差值越明显.工程上认为若无法避免输水过程中的气体存在，采用较小的液相折算速度和管径时，由气团引起的压力波动随之变小，认为此时管道更为安全.关键词：管道输水；管径；气液两相流；数值模拟中图分类号：S277.9 文献标志码：A 文章编号：274-8530（2021）05-0488-09 001：2.3969/（.0$-.274-8530.20.023 开放科学（资源服务）标识码（OSID ）:张赫铭，李文昊,何新林，等.不同管径水平管道气液两相流动数值模拟[J ].排灌机械工程学报,222,39(5) ：488-495(ZHANG Heming ，LI Wenhao ，HE 乂:—:—点上 aUNumericyi simulation of gas-linuin two-phase eow in horizontoi pineline with diqendtdiameters[ J].3ournai of drainage and irrioation machinery engineering (JDIME )，222,39(5) ：488-494.(in Chinese )Numerichi simulation of gas-linuin two-phase eow in horizoctaipinelice with differenr diametersZHANG Heminf 2 , LI Wenhao 12 , HE Xinlia 1,0* , LIU Nirinninf'0 , JIN .Jin 2(1. Colleyc cf Water Conseoancy and Architectural EnyineeCny , Shihezi Univec —y , Shibezl , Xinjiany 832709, Chino ； 2. Key Ladoratc-O cf Mohera Watcs Svviny Ircga —on Corps, Shihezi University , Shihezi, Xinjiany 832799, Chino)Abstrach : In orber to better understand the Oow process of yas-UqHV two-ppase Oow in the pipPixy ,reveal the yas - UqHV distributWh law and Oow pa —eo in the opayue pipPixy , and to improve thesafetp of pipeXxe self-pressure water conveyance in practical exyixeeCny , a nxmeCcol simulation of three-pimevsioxal horizontal pipeline was corCed oxi by using Fluent software based on the existing re search results. Al the same -me , the Oow patteo of two-ppase Oow under diUerenl pipe diameter and flow velocitp was analyzed , as well as the change of vaCoxs hyaranlic factors such as pressure and Oowvelocity. The results illustrate that the three-pimevsioxal CFD simulation can better illustrate the dist —- bu —ox of yas-UqiUV two-ppase in the pipeline , and the Oow pa —eo can be transfocned with the ix-489crease of the liquid conversion speed.With the increase of the piye diameter,the transition from bubble flow/plup Uow shows higher liquid pPase conversion velocitp,from Uss than4m/s in80mm piphine/4m/s in120mm piphine.With the decrease of liquid conversion speed and piye diameter,the pressure Upctuation caused by air mass decoas,and the maximum pressure diUerenco at22m position will decreas from9432.2Pa and12822.6Pa/9132.2Pa.The dpcondma yradienl of w P—citp on the upper wall of piqehne is higher than that on the lower wall；and the lar—er the bubble,themore oOvioos the diUerenco is.Nt is considemd in real projects that if the existenco of yas in the processof water deliveo cannot be avoided,the pressure Upctuation caused by the air mass will be smaller when the liquid conversion speed and piye diameter are smaller,and it is conside/ng that the piqehneis safer al this hme.Key wois：piqehne water dhiwm；pipe diameter；vas-Pquid two-phpe Uow;；016/001simulation压力管道输水在正常运行时会经常出现由于气体存在导致爆管等问题，因此需要对含气管道输水过程进行研究2一些学者研究了单一液相条件下的管道流动，而在较平坦管道的初次充水和平稳流动中，由于初次充水无法排净管中气体，管道流量调节时的负压注气，水泵吸入空气等都会使管道呈现多相流的运动特点⑴•周晋军等⑵对管道凸起段气囊运动的水力特性进行了分析，认为弯折位置处的气囊随着水量的减小而增大，并且会对水流产生更大的阻力•郭永鑫等⑻通过模型试验和理论结合,认为南水北调模型中滞留气泡对输水能力的影响较小，可忽略•叶宏开等⑷提出了气体释放-离散模型用于计算管路中有气泡时的水锤升压，并通过试验验证.不同的气液流量对应着不同的流型，管径的变化也会对流型产生一定影响，由于无法肉眼观测实际管道内流体的运动，对流型的研究主要为试验和模拟2部分，并认为水平管中会出现泡状流、塞状流、分层流、波状流、弹状流、环状流、雾状流4种流型［8］.流型图是用于识别流型及进行流型转换判断的重要手段之一，早期MANDHANE等［4］提出了水平管流型图，后随着研究的深入，不同学者对流型图进行了修正⑺.然而由于人为的主观因素性，导致对试验现象的观测结果各有不同，因此修正的流型图也不尽相同.随着试验条件的优化，国外学者J-0］多通过试验用电导探针、热膜风速仪完成气液两相流各重要参数的测量210-作为一种可靠的模拟软件因较好的网格能力、精确性、可靠性、并行能力和后处理而多被用于管道科学研究［9］•卢坤铭等［2］通过三维CDF模拟了管道水流对管内气团的压缩变形;陈江林等［/］通过试验加模拟的形式,研究了T型三通管不同工况下的水头损失,并认为数值模拟结果与试验结果可较好地吻合•对于两相流的模拟多集中在竖直管径和较小管径中［/］•国内对于灌溉管道模拟多为单相流，对传统气液两相流的研究多通过试验方法，由于气液两相分布的不对称性，不同直径管道中水平两相流的相对运动和流型转变特性可能存在差异•且相比于一维模型，三维管道模型能得到更为准确的两相流各项水力参数2文中基于计算流体动力学软件进行不同管径下气液两相流的三维瞬态模拟，并用曼德汉流型图进行验证，得出水平管道中不同管径，液相折算速度下的流型及转化关系，并进行流场的压力、流速分析，结论可为实际工程中有压管道的设计和管道气液两相流研究提供理论依据.1水平管道气液两相流数学模型为更好地监控不同时刻的两相分布，文中选用VOF模型，一种表面追踪方法，可较好地追踪一种或多种相互不相容流体间的交界面.12前处理几何模型结合新疆生产建设兵团第十三师输水管道部分干管进行研究,选择水平管道作为研究对象，建立几何模型•最终确定模型管道管长Z=3叫管径0=026,022,OK m.气体通过混合入口段使整个管道成气液两相流状态，其中液体流速为2~6m/s,气体流速为02~0.5is.最终建立几何模型如图I 所示2图I管道几何模型示意图Fig.l Schematic diayram of pipehue yeomeh—moOel后利用icem-cfd对几何体进行网格划分，针对圆柱体三维管道几何结构，选用0型剖分和六面490体结构网格进行划分，以提高网格质量•最终网格单元数分别为752 210,549 693,404 398.其中计算域内所有网格的网格单元质量均大于0.6•文中0.14 m 管径下网格划分图如图2所示.研究模拟9种工况条件下的气液两相流过程，为气泡流到塞状流的过渡•表I 为不同工况条件下的各参数值，其中J y 和j f 分别为水平管道中的气相及液相折算速度［8］,定义为式中:为混合折算速度；卩/和V f 分别为气体和液体的容积流量;；为流道截面积.图2网格划分Fip2 Mesh 00—0/0—表1 9种工况下的模拟条件Tab.5 Simulatioc schemes under nine working ccnditioct方案I 23455489D/m m 190120801901028019012280j/sm • s -302020.3• s -3543V/d • s -)0.205 00.203 40.20( 50.205 00.203 4 4.00) 5 4.005 0 4.203 4 4.20) 5V f/(m 3 • s -)0260 00.252 00.025 00.280 00.045 00.022 00.060 00.034 00.015 0乩i0.0540.040.6015数学计算过程12.3控制方程水平管道气液两相流问题的数学模型的VOF 及标准湍流方程的控制方程如下：体积分数的连续性方程式为d齐(叱0)+ !・(aPUa )= 0,(2)d—(ap t + !• (apa )二 o ,(3)dta + a - = 9 ,(4)动量方程式为dpg + F ,(5)标准湍流方程式为加)煌(闷)=［冥^+^)］ +^+G u - p£ - y m + 0), (6 )) +：((中)=：［丛+勻］+d (d- ［ d 八 a s ) J C (E s£ 2(G + G b C 3& ) 一 C 0£p~) + 0£ •(4)122选择求解器、参数设置及求解方法选用基于压力求解器进行瞬态模拟，并添加重力项•气相为可压缩空气，液相为不可压缩水，且无能量、质量传递.添加空气项时设为ideal air ,可压缩空气的物性参数包括：比热c ( = I 006.43 ,动力黏度“=1.79><16-8.求解方法基于PISO 压力速度耦合算法;梯度项选用基于最小二乘法格式；压力差值选用PRESTO 格式项；为简化计算，动力指数、湍流动能、湍流耗散率、水平集函数均选用一阶迎风格式；体积分数差值选择几何重建格式21.2.2边界条件和初始条件由于气体的可压缩性，因此入口边界条件设置为混合质量流量入口；边界入口压力为大气压，出口设为压力出口边界;选择标准初始化，从管道入口开始，初始管道中水的体积分数设为9认为0时刻管道充满水;湍流参数设置选用湍流强度及水力直径项并根据入口混合质量流量的大小计算;各项残差均设为I2xl6■0•2模拟结果及分析22模型准确性验证1074年曼德汉根据近6 000个试验数据归纳出一幅适用于判别内径为12.6~1652 mm 水平管中气液两相流的流型如图3所示，其中纵坐标为液相折算速度,横坐标为气象折算速度•根据模拟结果显示气相折算的速度为0.3 m/s,液相折算速度分别为5,3 is 时的模拟结果流态图分别为泡状流和塞状流，和曼德汉流型图对应良好，可以应用到三维管道水平气液两相流的模拟计算2491108794-3-2-1——0.05泡状流增大管径塞状流—Mandhan—160mm管径—120mm管径—80mm管径•160mm管径o120mm管径x80mm管径2^0^5〃(m・s)气泡，如图4e所示.2.3不同管径下的流型变化分析图5为102s,1.44s,1.45s时刻20,22,80mm管径下随着j y的减小，气液流动过程的流型剖面图，发现不同管径下气泡分布的演变经历了相似的过程，均产生了泡状流到塞状流的过渡，不同的是不同管径两相流型过渡时对应着不同的临界液相折算速度0图3曼德汉流型图FigO Manddan Uow pattern map2.2充液过程气液流动状态分析在一定气液折算速度下,适当减小液相折算速度可得到气泡流到塞状流的过渡,随着充液时间的增长，不同流型下气泡形成过程也不同以102mm管径为例，图4为032s时刻，当齐从5m/s 降低到3m/s时，该管径下不同流型（气泡状态）的气液两相分布俯视图，图中°为气相体积分数.iiiuvi nr vw uwl-(a)方案1:160mm管径，进口人=0.3m/s,j/=5m/s(b)方案4:160mm管径，进口j严.3m/s,m/s10075f50II25(c)方案7:160mm管径，进口人=0.3m/s,店3m/s(d)方案2:120mm管径，进n/g=0.3m/s,片5m/s(e)方案5:120mm管径，进口人=0.3m/s,jf=4m/s100a80进60 &4020<1^3000WOoQ(a)方案］:进口厶=0.3m/s,岸5m/s(b)方案4:进口厶=0.3m/s,jf=4m/s（f）方案8:120mm管径，进口人=0.3m/s,m/s■I I m T T WTi帀*■儿刑请血導⑷矿斤W（g）方案3:80mm管径，进口人=0.3m/s,店5m/s(h)方案6:80mm管径，进口/g=0.3m/s,jf=4m/s(i)方案9:80mm管径，进口人=0.3m/s,j亍3m/sIIIIIAI^■(c)方案7:进口Jg=0.3m/s,加3m/s图4Jr减小时管道气液两相分布俯视图FigO Top view of pas-liquid two-phase disWidutionof pipeUne when久decreases当jj=5m/s时，初始阶段由于气体均匀散布在液体中，两相掺混较为明显，气体没有明显的边界,此时气体主要随着液体向前运动•随时间增长，由于浮力的作用,气泡向管道顶端聚集，气液两相间相互作用增强，最终形成气泡流，如图4a所示•随着j y 降低，气泡流量相同时，由于流速的降低，水对气体携带能力减弱，气体由于自身密度更快的移动到管道顶部，并聚集成大气囊，由于液相折算速度较大,大气囊被打破并形成断续的细长气囊•对比方案1,随着液体流量的降低，湍流混合作用的减弱，在管壁附近堆积的气泡更集中在顶部壁附近，并形成细长气泡，此时为气泡流-塞状流的过渡，如图3所示•随着j y进一步减小,气泡由细长气泡过渡到塞状泡•初始阶段气液更快速分离，并形成较清晰的分界面,小气泡相互融合形成较大气泡，随着时间的推移，由于液体的作用力，大气泡逐渐变为细长气泡,多个细长气泡相互融合形成具有塞状流特性的大图5不同管径气液两相剖面图Fig.5Gas-liquid two-phase profiles of differentpipe diameters当jy=5m/s时,对比图5a,P,p这3种管径中的流型均为气泡流，且管径越大，气体分布越均匀.当Jr降低到接近过渡的状态时（1=4is），对比图5b,h,发现162mm管径下气体更均匀地分布在管道上表面且部分相互聚集融合;而80mm管径下的气体仍以大气泡的形式存在•进一步减小Jr发现26,22mm（见图5e,f）管径下呈明显的塞状气泡，且气泡长度较长，更贴近上壁运动;80mm（见图5i）管径下的塞状气泡较短，且和上壁间存在小气泡.由此得出结论：随着管道尺寸的增加，在Jo= 90m/s时，气泡流-塞状流过渡的起始点移向更高的折算液体速度，从80mm管道中的小于4m/s（方案9）移到162mm管道中的4m/s（方案4）.而同一液相折算流速下管道直径的增加时，液体雷诺数增加，此时管道湍流强度增加，认为此时流场更紊乱,与此结论不符.通过分析认为管径的增大除了增大变雷诺数，管道自身曲率也会减小，通过对比相同折算速度条件下不同直径管道的气液两相分布图时，发现大管径管道中的气泡更紧密地堆积在管道492上部分，气泡之间的距离小,小气泡间更易聚合成大气泡，气泡层占据了更小的管道面积，紊流强度降低，更易形成塞状流，而小管道中的气泡分布则更加分散，不易形成塞状流.2.4折算速度对管道压力波动的影响研究图6分别显示了 5种方案下，不同位置测压点的压力折线图，其中L 为从原点开始沿z 轴正方向的距离.由图可知，由于气团具有周期性，即使在气液两相流动稳定的情况下,气泡流和塞状流运动依然为非稳态，表现为初始压力和速度变化较大，随着时间的推移，气液两相间混合均匀，压力波动逐渐平稳，其中1.0 m 位置处的测压点压力波动最为(a)方案3(b)方案6剧烈，最大压力值为12 27.6 Pa,最大压差为23 130.9 Pa ；1.9 m 位置处的测压点压力波动略小于1 m 处的压力波动，最大压力值为111 02.2 Pa ,最大压差为19 342.7 Pa ；2.8 m 位置处的测压点压力波动最小,最大压力值为20 875.8 Pa,最大压差为9 039.7 Pa.为保证压力测量的准确性，尽量选择两相混合均匀位置处(即管道末端位置)进行压力的测量•方案3,6,9随着液相折算速度的减小，压力峰值减小，最大压差相应减小•方案7,8,9显示同一气、液折算速度下，随着管径的减小，压力波动也会相应减小•由于气团的周期性，导致压力波动，因此在设计两相流系统时必须考虑这种不稳定性.—Z=1.0 m —£=1.9 m —Z=2.8 m11.59.59.011.0&d 10.5 'o glO.O(d)方案72025510 15 20 25w/103(c)方案9(e)方案8图6不同方案下各测压点平均压力Fig.6 Average pressure of each pressure measuring poixt under diUerenl schemes2.3气体对管道流体流速影响研究将122 mm 管道平均分为21层并进行各层混合流体的流速测量，所得各层平均流速如图7所示. 可以明显看出，含气管道湍流速度分布不完全满足普朗特流速指数分布公式［15］，但最大速度的位置保持不变，分别为3.82,4.89,6.93 m/s.相比于下半段管道，上半段管道由于存在体积更多的气体,平均液体速度向管道上部壁面急剧下降•认为相比于单相湍流,由于气泡的存在,气泡间的相互融合、分离,气体和水之间的相互作用会产生额外的湍流作用,从而使断面平均速度降低；相比于液相折算速度,气相折算速度较小,为满足流体的连续性,液相表现为更小的流速;逐渐向管道顶部移动的气泡群对液体流动产生除壁面之外的额外阻力⑼•在流型转变时,靠近管顶的两相速度的差值较管底大;更大的气泡会使上、下壁面平均流速差值增多；jo 越大，液体平均速度剖面图越对称.—Jf =3 m/s —j f =4 m/s — j f =5 m/s图7液体流量对局部平均速度的影响曲线Fig-5 InOuence cooes of lipuib Oow oW ox local averaye velocity3讨论水平管道两相流在实际水利及农业工程应用中很常见，与垂直管道两相流相比，由于浮力的作493用，不对称的气泡分布给水平两相流的试验和研究分析增加了复杂性•相邻气泡间、气液间、气壁间复杂的相互作用都会对整个流场的湍流结构产生影响•赵铎［14］首次运用Fluent进行二维单一管径下的VOF模型验证,通过改变气体流量和液体流量实现了流型的转变，但由于为考虑空气的压缩性导致有些模拟结果并不理想•张馨玉［1）］用Fluent完成了管径对垂直上升管内气液两相流型的影响的模拟验证，通过不同管径模拟结果分析得出大管径下泡状流-塞状流转化过渡分界线都与气液两相流速呈正相关趋势，与文中得出的水平管流型转换结论一致•在水平两相流中，不同直径管道之间主要区别在于不同的流型转换条件，且管径大小差值越大，临界折算液体速度变化越大•文中运用三维VOF模型对不同管径下水平直管气液两相流进行了模拟分析，并认为较小的液相折算速度和管径时，由气团引起的压力波动随之变小，认为此时管道更为安全.4结论1）三维Fluent模拟可以直观模拟瞬态过程中混合相的各相的运动情况及各相的存在形式，同时可得到各点的流速、压力等瞬时值、时均值等，且模拟结果可靠22）随着液体流量的减小，产生泡状流到塞状流的过渡，此时浮力相对于紊流力对气泡的影响更强,气泡尺寸增大，气液两相之间的界面结构发生改变，产生更加清晰的分界面.3）管径越大时气泡更集中在管道顶部壁面且容易融合大气泡20=0.3is时随着管道尺寸的增加，气泡流-塞状流过渡的起始点表现为更高的液相折算速度，从80mm管道中的小于4m/s转移到164mm管道中的4m/s.4）气液两相流压力波动存在周期性，随反应步数的增加，气液两相流动更加平稳,压力波动趋于平稳.且随着液相折算速度和管径的减小，压力波动减小，最大压差由9439.2,12826.5Pa减小到91322Pa.8）最大速度位置满足单相湍流流速指数分布规律，相对于管道底部，顶部由于气泡作用使近壁面平均液体速度减小更多2参考文献（References）［I］杨玉思，闫明.消减断流弥合水锤及气囊运动升压的最佳方式[J]中国给水排水,2006,22(4):44-44.YANG Yah,YAN Ming.The best waO te alleviate waterhammer of covitics 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and Urigatiox mechaxicoi engl-xeeriny,2424,38(4):1-7.(in Chixese)[13]陈江林，吕宏兴，石喜，等.T型三通管水力特性的数值模拟与试验研究[J]农业工程学报，2417,22(5):78-79.CHEN JiaxyUn,LYU Hoxyxing,SHI Xl,el al.Numerical simHatiox and expeCmextal stuUy ox hyaouUc cha-ocWCuics of T-tyye We pipe[J].Toxsac—oxs of theCSAE,242,22(5):73-77.(in Chixese)[2]张馨玉.介质、管径及倾角对管内气液两相流型影响的数值模拟[D].长春:东北电力大学，2717. 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毛细管内气液两相流动的CFD模拟_梁晓光

2010 年 6 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities June 2010文章编号：1003-9015(2010)03-0370-06毛细管内气液两相流动的CFD模拟梁晓光, 郑扬, 许松林(天津大学化工学院制药工程系, 天津 300072)摘要：毛细管精馏是一种分离共沸物系的新型分离技术，它利用毛细管的固-液相互作用来改变液体混合物的汽液平衡。

毛细管通道内的气液两相流型在低气速时以泰勒流为主，今使用计算流体力学方法，对毛细管内泰勒流的多种影响因素，如：壁面作用、气液速率以及流体物性等进行了研究。

首先考察壁面作用的影响，发现壁面粗糙度能改变气液柱形状和流场，粗糙度增大使通道内气液两相流型由泰勒流向泡状流转变，流动状态由层流向涡流转变。

模拟不同接触角下的气液流动，发现壁面吸附作用在一定程度上影响气液柱长度和气液界面间的形状。

通过模拟不同气液速率下的气液流动，观察气液柱长度与气液速率之间的关系。

对模拟气液柱长度进行量纲分析，得到了泰勒流的气液柱长度的关联式，将该式与文献测定值进行比较，发现在一定范围内吻合较好。

关键词：毛细管精馏，气液两相流动，泰勒流，计算流体力学中图分类号：TQ021.1 文献标识码：ACFD Modelling for Gas-liquid Two Phases Taylor Flow in CapillaryLIANG Xiao-guang, ZHEN Yang, XU Song-lin(Department of Pharmaceutical Engineering, School of Chemical Engineering and Technology, TianjinUniversity, Tianjin 300072, China )Abstract: Capillary distillation is a new technology mainly used for the separation of the binary azeotropic liquid mixtures. It utilizes the solid-liquid interfacial forces to change vapor-liquid equilibrium inside the capillary porous media. Under low gas velocity, the flow pattern in a capillary channel is typically the so-called Taylor flow regime. A computational fluid dynamics package FLUENT was adopted for simulation of the effects including wall function, fluid velocities and physical properties on gas-liquid two-phase Taylor flow in a Y-junction capillary. Firstly, wall roughness was found to be able to change the shape of slugs and flow field in the capillary. With the increase of wall roughness, gas-liquid two-phase flow regimes in the capillary change from Taylor flow into bubble flow, and the flow field from laminar flow into turbulent flow. Then by calculating gas-liquid flow under various contact angles, it can be found that wall surface adhesion can affect slug length and the shape of gas-liquid interface to a certain degree. Meanwhile, by calculating gas-liquid two phases flow under various gas and liquid velocities, the relationship between slug length and gas/liquid superficial velocities was obtained. Finally, using dimensional analysis and regression calculation to deal with gas and liquid slug lengths of the Taylor flow, a correlation was developed, which has a good agreement with the experimental data from the literature in a wide range.Key words: capillary distillation; gas-liquid tow-phase flow; Taylor flow;computational fluid dynamic (CFD)1 引言毛细管精馏[1]主要是利用多孔毛细结构的塔板或填料与液体混合物各组分分子的相互作用，改变液收稿日期：2009-07-02，修订日期：2009-12-16。

稠密颗粒两相流的cfd-dem耦合并行算法及数值模拟

稠密颗粒两相流的cfd-dem耦合并行算法及数值模拟CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)是一种用于模拟稠密颗粒两相流的耦合算法。

在CFD-DEM耦合算法中，计算流体力学（CFD）模型用于描述流体相的流动行为，而离散元（DEM）模型用于描述颗粒相的运动行为。

CFD模型通过求解Navier-Stokes方程来预测流体相的速度场和压力场，而DEM模型通过模拟颗粒之间的相互作用来预测颗粒相的运动轨迹。

CFD-DEM耦合算法的基本思想是将两个模型进行交互计算，其中CFD模型提供给DEM模型流体相的速度场和压力场作为边界条件，而DEM模型提供给CFD模型颗粒相的运动轨迹作为物理参数。

通过迭代求解两个模型的方程组，最终得到稠密颗粒两相流的解。

在进行数值模拟时，需要考虑到大规模计算的复杂性和计算效率的问题。

一种常用的方法是采用并行算法来加速计算过程。

并行算法将计算任务分配给多个处理单元，同时进行计算，从而提高计算效率。

对于CFD-DEM耦合算法，可以将计算颗粒相的运动轨迹和计算流体相的速度场和压力场进行并行计算。

在数值模拟中，需要将流域划分成多个网格单元，使用CFD 方法求解流体相的速度场和压力场。

而对于颗粒相，可以将颗粒离散到多个计算单元中，使用DEM方法模拟颗粒的运动轨迹。

在每个时间步长，CFD模型和DEM模型之间通过数据交换进行信息传递，从而实现耦合计算。

通过并行算法和数值模拟，可以有效地模拟稠密颗粒两相流的行为。

这种方法对于研究颗粒的输运、堆积、混合等问题具有重要的应用价值。

同时，随着计算机硬件的不断发展，CFD-DEM耦合并行算法的计算性能也在不断提高，为更复杂的颗粒流动问题提供了更大的计算能力。

毛细管内气液两相流动的CFD模拟_梁晓光

2010 年 6 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities June 2010文章编号：1003-9015(2010)03-0370-06毛细管内气液两相流动的CFD模拟梁晓光, 郑扬, 许松林(天津大学化工学院制药工程系, 天津 300072)摘要：毛细管精馏是一种分离共沸物系的新型分离技术，它利用毛细管的固-液相互作用来改变液体混合物的汽液平衡。

毛细管通道内的气液两相流型在低气速时以泰勒流为主，今使用计算流体力学方法，对毛细管内泰勒流的多种影响因素，如：壁面作用、气液速率以及流体物性等进行了研究。

首先考察壁面作用的影响，发现壁面粗糙度能改变气液柱形状和流场，粗糙度增大使通道内气液两相流型由泰勒流向泡状流转变，流动状态由层流向涡流转变。

模拟不同接触角下的气液流动，发现壁面吸附作用在一定程度上影响气液柱长度和气液界面间的形状。

通过模拟不同气液速率下的气液流动，观察气液柱长度与气液速率之间的关系。

对模拟气液柱长度进行量纲分析，得到了泰勒流的气液柱长度的关联式，将该式与文献测定值进行比较，发现在一定范围内吻合较好。

关键词：毛细管精馏，气液两相流动，泰勒流，计算流体力学中图分类号：TQ021.1 文献标识码：ACFD Modelling for Gas-liquid Two Phases Taylor Flow in CapillaryLIANG Xiao-guang, ZHEN Yang, XU Song-lin(Department of Pharmaceutical Engineering, School of Chemical Engineering and Technology, TianjinUniversity, Tianjin 300072, China )Abstract: Capillary distillation is a new technology mainly used for the separation of the binary azeotropic liquid mixtures. It utilizes the solid-liquid interfacial forces to change vapor-liquid equilibrium inside the capillary porous media. Under low gas velocity, the flow pattern in a capillary channel is typically the so-called Taylor flow regime. A computational fluid dynamics package FLUENT was adopted for simulation of the effects including wall function, fluid velocities and physical properties on gas-liquid two-phase Taylor flow in a Y-junction capillary. Firstly, wall roughness was found to be able to change the shape of slugs and flow field in the capillary. With the increase of wall roughness, gas-liquid two-phase flow regimes in the capillary change from Taylor flow into bubble flow, and the flow field from laminar flow into turbulent flow. Then by calculating gas-liquid flow under various contact angles, it can be found that wall surface adhesion can affect slug length and the shape of gas-liquid interface to a certain degree. Meanwhile, by calculating gas-liquid two phases flow under various gas and liquid velocities, the relationship between slug length and gas/liquid superficial velocities was obtained. Finally, using dimensional analysis and regression calculation to deal with gas and liquid slug lengths of the Taylor flow, a correlation was developed, which has a good agreement with the experimental data from the literature in a wide range.Key words: capillary distillation; gas-liquid tow-phase flow; Taylor flow;computational fluid dynamic (CFD)1 引言毛细管精馏[1]主要是利用多孔毛细结构的塔板或填料与液体混合物各组分分子的相互作用，改变液收稿日期：2009-07-02，修订日期：2009-12-16。

绝热毛细管分布参数模型的仿真

绝热毛细管分布参数模型的仿真摘要建立了绝热毛细管长度仿真模型，对比分析目前流行的绝热毛细管内摩阻系数和动力粘度模型，得到了计算准确、稳定的分步参数模型，为整个制冷装置的仿真提供了可靠保证，并在制冷装置设计和实际应用中，对毛细管的选择提供重要依据。

关键词绝热毛细管仿真分布参数模型1 引言毛细管作为一种简单、工作稳定的节流元件得到了广泛的使用。

对毛细管长度和内径的选择计算前人作了大量的工作，随着计算机技术的发展，模型的建立成为精确计算的重要环节。

本文建立了绝热毛细管长度仿真模型，进行计算机模拟，对绝热毛细管内摩阻系数分别以Stoecker方程和Churchill方程进行计算，对制冷剂动力粘度分别以McAdams模型、Cicchitti模型、Dukler模型进行计算，对比分析以上模型，得到准确实用的绝热毛细管分布参数模型。

2 毛细管长度模型2.1 毛细管长度物理模型为了简化毛细管的数学模型，需要在正确了解毛细管内所发生的物理现象的基础上，作以下的物理假设：1) 假设工质流经毛细管是一维绝热均相流动，流动处于紊流区，且制冷剂在流动过程中状态变化是连续的。

2) 不考虑毛细管的内径不一致与表面粗糙度的影响。

3) 忽略亚稳态流动。

建立用于分析的物理模型如图1所示。

2.2 毛细管长度数学模型对于稳态流动，连续性方程：（1）能量方程：（2）动量方程：（3）制冷剂流体进入毛细管，开始处于过冷区，比容不变，焓值也不变，由式（3）积分得：（4）随着制冷剂在毛细管中继续流动时，压力逐渐下降，焓保持不变，流动变为两相流，根据假设对上述方程离散化，则：连续性方程：（5a）或（5b）能量方程：（6）动量方程：（7）为常数，则：由（7）式得：(8)其中焓、比容由下式确定：速度取1、2点的平均值：内摩阻系数采用Stoecker[1]模型：（9）取1、2点的平均值：动力粘度采用Cicchitti[2]模型（10）若1点参数已知，由以上方程可计算出2点参数,由式（8）计算绝热毛细管长度，进而计算出毛细管管长。

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟

T型毛细管中气液两相流型及Taylor流的数值模拟黄乐平;张莹;孙金丛;周敏【摘要】运用FLUENT求解器中的VOF模型对T型毛细管中气液两相流型进行数值求算,模拟出不同气液相表观速率下的各流型变化及Taylor流流动,并考察了气液表观速率、接触角以及毛细管内径对Taylor流流动特性的影响.研究结果表明:通过改变气液两相的表观速率,观察Taylor流中的气液柱长度的变化,发现得到的模拟值和实验值在一定范围内非常吻合;气泡长度和液柱长度分别随着气相表观速率和液相表观速率的增大而变长;随着接触角的增大,Taylor流中气液柱的长度会呈现凹函数的线性变化,但整个过程波动范围均在15％以内,这表明接触角对Taylor流的流动影响不大.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】7页(P167-172,204)【关键词】毛细管;流型;Taylor流;接触角;气液柱【作者】黄乐平;张莹;孙金丛;周敏【作者单位】南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047;南昌大学机电工程学院,江西南昌330047【正文语种】中文【中图分类】TQ02近年来微型结构设备得以快速发展，已经逐渐成为当代化工研究和运用的一个热门课题，使得微型管中的两相流流动的特性研究逐渐成为一个焦点，尤其是毛细管中的气液两相Taylor流的研究[1-4]。

目前，对于毛细管内气液两相Taylor流的研究主要方法有数值模拟和实验研究2种，实验研究基本上都采用高速照相机进行可视化采集数据[5-6]，而数据模拟软件通常有CFX、Flow-3D和Fluent等，其中运用Fluent模拟得到的结果与实验结果比较接近[7]。

Sur等[8]通过实验研究了垂直毛细管内两相流动力学特性，发现了毛细管的几何形状、水力直径和流体介质的种类对气泡上升速度影响很小。

管道两相流冲刷腐蚀的CFD研究进展

文献标识码：Ａ文章编号：１６７１ — ０４６０（２０１４）０２ — ０２２６ — ０３中图分类号：ＴＥ９８０
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣＦＤｏｆＰｉｐｅｌｉｎｅＥｒｏｓｉｏｎ－ＣｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎＴｗｏＰｈａｓｅＦｌｏｗ
ＺＨＡＯＺｈｕａｎｇ，Ｙｕ－ｇｕｏ，ＴＩＡＮＬｅｉ，ＷＵＤｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬｉａｏｎｉｎｇＳｈｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＬｉａｏｎｉｎｇＦｕｓｈｕｎ１１３００１，Ｃｈｉｎａ）
赵状，吴玉国，田曼，吴栋
（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺１１３００１）
摘
要：介绍了冲刷腐蚀对石化行业的危害，阐述了影响冲刷腐蚀的因素，即主要是流体力学因素、材
料因素、固相颗粒等因素的耦合作用。对计算流体力学（ＣＦＤ）方法在管道防腐中研究的进展情况进行总结，指出了研究的优点和缺点。ＣＦＤ数值模拟为防腐蚀研究提供了新的方法。通过模拟结果可以预测腐蚀的发生和发展，并为管道优化设计和工艺防腐提供可靠的理论依据。关键词：冲刷腐蚀；研究进展；ＣＦＤ；腐蚀预测
ｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．ＣＦＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｒｆｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃａｎｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎ — ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｃｃｕｒｒｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｌｉａｂｌｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｏｒｆｐｉｐｅｌｉｎｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｒｏｓｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｒｏｓｉｏｎ — ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ；ＣＦＤ；Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ