固液两相流中微对流强化的机理分析与数值模拟
固液两相声共振混合数值模拟
2018年第37卷第3期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·913·化 工 进展固液两相声共振混合数值模拟张毅铭1，马宁2，王小鹏1，陈天宁1（1西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室，陕西 西安 710049；2西安近代化学研究所氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室，陕西 西安 710065）摘要：声共振混合作为一种解决力/热敏感超细材料均匀分散混合问题的新方法，其技术特点是混合容器工作在共振状态下使用不超过200Hz 的振动产生低频声场促进混合。
本文采用气固液三相流模型对一种固体、一种液体在声共振混合容器中的混合过程进行建模。
固体颗粒与液体之间相互作用系数采用Gidaspow 公式。
采用固体颗粒体积分数标准偏差作为标准对混合均匀性进行了评价。
计算结果表明，在100g 振动加速度下容器中出现了体流现象，并初步计算了不同高宽比、不同激振参数条件下的混合特性，对计算结果进行了分析。
最后利用自搭建的声共振混合样机，分别在低固含量、高固含量条件下进行实验，记录混合过程中固体颗粒的运动轨迹。
实验结果初步验证了仿真模拟的正确性以及声共振样机的混合能力。
关键词：声共振混合；振动；多相流；混合；数值模拟中图分类号：TQ56 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）03–0913–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1292Simulation of resonant acoustic mixing of liquid-solid-phaseZHANG Yiming 1，MA Ning 2，WANG Xiaopeng 1，CHEN Tianning 1（1State Key Laboratory for Strength and Vibration of Mechanical Structures ，Xi’an Jiaotong University ，Xi’an 710049，Shaanxi ，China ；2State Key Laboratory of Fluorine & Nitrogen Chemicals ，Xi’an Modern Chemistry Research Institute ，Xi’an 710065，Shaanxi ，China ）Abstract ：Resonance acoustic mixing is a new method to solve the problem of uniform dispersion of theforce/heat sensitive ultra-fine materials. The technical feature of this technology is that the mixing vessel is working in a resonant state and uses a vibration at a frequency less 200Hz to produce a low frequency sound field to promote mixing. In this paper ，a solid-liquid three-phase flow model was used to model the mixing process of a solid liquid in an acoustic resonant mixing vessel. The interaction coefficient between solid particles and liquid is Gidaspow's formula. The mixing uniformity was evaluated by using the standard deviation of the volume fraction of solid particles. The results showed that the bulk flow phenomenon occurred in the vessel with 100g vibration acceleration ，and the mixing characteristics under different aspect ratios and different excitation parameters were calculated. The calculation results were analyzed. Finally ，the experiments were carried out under low and high solid volume fractions ，and the tracks of solid particles in the mixing process were recorded. The experimental results verify the correctness of the simulation and the mixing ability of the resonant acoustic mixing prototype.Key words ：resonant acoustic mixing ；vibration ；multiphase flow ；mixing ；numerical simulation声共振混合方法作为一种新型的混合技术，其技术特点是混合容器工作在共振状态下，使用不超过200Hz 的振动使被混物料内部由于低频声效应 而产生体流[1]。
气固两相流动物理特性研究与数值模拟
气固两相流动物理特性研究与数值模拟气固两相流动是指含有气体和固体粒子的流体在流动过程中发生的物理现象。
这种流体非常常见，在不同的地方都有着广泛的应用。
例如，化工过程中的颗粒流动，环境保护中的空气污染物传输，和粉体工业中的输送等等。
研究气固两相流动的物理特性可以帮助我们更好地理解这种流动现象，同时也可以为数值模拟提供更多的依据和支持。
在气固两相流动中，气体和固体粒子之间发生的作用是决定其物理特性的关键。
这种作用包括有效的碰撞和摩擦作用，使得固体粒子的热传导、传质、冲击与压损都得到了增强。
同时，固体粒子对气体的流动也产生了重要的影响，例如粘度、湍流、壁面涡等现象。
研究气固两相流动最常用的方法是数值模拟。
数值模拟通过建立数学模型和计算流体力学，可以预测气固两相流动中的各种物理特性，例如浓度分布、粒径分布、速度和温度等。
数值模拟可以提供一种快速、便捷、精确的方法，以研究气固两相流动中涉及的热力学特性和设计装置。
在研究气固两相流动中，最关键的问题是粒子间互相的作用。
这种作用是研究气固两相流动的难点之一。
实验数据采集方面，现有的实验仪器只能获得某些参数的平均值，而无法获得每个粒子的参数。
因此，大规模模拟方法被广泛应用，以便得到大规模模拟方法涉及到复杂的算法和数据结构，例如欧拉方法、拉格朗日方法和欧拉-拉格朗日耦合方法等等。
这些方法都有其各自的优点和缺点，应根据具体情况选择最合适的方法以获得最佳的研究效果。
另外，粒子间作用的力学特性是气固两相流动的另一个关键问题，这也是数值模拟的核心内容之一。
气固两相流动中，流体作用力主要是在固体颗粒表面产生的，而固体颗粒内部所受的作用力通常被忽略。
因此，理论计算中必须对粒子表面的作用力进行详细的描述，同时也需要对不同颗粒的表面特性进行准确控制。
在实现数值模拟之前，必须对气固两相流动中涉及的物理特性进行适当的参数设定，例如气固两相流动中的粗糙度系数、气流的湍流强度、粒子的摩擦系数等等。
液固两相流动力学特性的数值模拟与实验验证
液固两相流动力学特性的数值模拟与实验验证液固两相流动是一种复杂的物理现象，涉及到流体力学、传热学、传质学等多个学科的知识。
在工程领域中，对液固两相流动的研究具有重要的意义，例如在石油开采、化工过程中的气液流动、泡沫流动等方面。
本文将探讨液固两相流动力学特性的数值模拟与实验验证的相关研究。
一、数值模拟方法数值模拟是研究液固两相流动力学特性的常用方法之一。
在数值模拟中，通过建立数学模型，利用计算机进行数值计算，模拟液固两相流动的行为。
其中，最常用的方法是基于Navier-Stokes方程的求解。
通过将流体的连续性方程、动量方程和能量方程离散化，可以得到液固两相流动的数值解。
数值模拟方法的优势在于可以对复杂的流动过程进行模拟，得到详细的流动特性。
例如，在石油开采过程中，可以通过数值模拟来研究井底气液两相流动的规律，优化井筒结构，提高采油效率。
此外，在化工过程中，数值模拟也可以用来研究泡沫流动的特性，优化反应器的设计，提高反应效率。
二、实验验证方法实验验证是研究液固两相流动力学特性的另一种重要方法。
通过设计实验装置，观察和测量流动过程中的各种参数，可以得到实际的流动特性。
例如，在石油开采中，可以通过在实验室中模拟井底气液两相流动的条件，测量流速、压力等参数，验证数值模拟的结果。
此外，在化工过程中，也可以通过实验来研究泡沫流动的特性，观察泡沫的形态、稳定性等参数。
实验验证方法的优势在于可以直接观察和测量流动过程中的现象，得到真实可靠的数据。
通过与数值模拟结果进行对比，可以验证数值模拟的准确性，并进一步改进模型和算法。
此外，实验验证还可以提供更多的细节信息，帮助研究人员深入理解液固两相流动的机理。
三、数值模拟与实验验证的结合数值模拟和实验验证是相辅相成的两种方法，在研究液固两相流动力学特性时，二者的结合可以提高研究的准确性和可靠性。
首先，通过数值模拟可以预测流动的趋势和规律，为实验设计提供依据。
其次，通过实验验证可以验证数值模拟的结果，提供真实可靠的数据。
Fluent软件 管道中液固两相流动数值模拟研究
管道中液固两相流动数值模拟研究摘要：本次的课题研究主要是了解管道流动的概念及应用，熟悉管道固液两相流的一般计算，分析固体颗粒在环空油管中的沉降。
采用商业软件对气体输送系统进行模拟。
本课题利用Gambit建立几何模型，将模型导入Fluent进行模拟计算，Tecplot软件进行后处理，计算结果用可视化图形表示出来，进而加以分析和总结。
本文对颗粒的沉降末速度进行了分析，分别建立了有、无接箍时的颗粒沉降模型，认为流体在油管中的流动是层流状态。
模拟结果表明，固相的速度分布曲线与液相速度分布曲线相似，只是固相速度曲线相对液相速度分布曲线向下平移了一定数值；颗粒主要分布于环空油管的中部，且分布较均匀；在忽略接箍的影响下，颗粒排出量要大于受接箍影响下的颗粒排出量，原因是接箍附近产生了涡流，颗粒沉降较多。
关键词：固液两相流；数值模拟；Fluent软件中图分类号：TB126Pipe flow characteristics of entranceAbstract：Keywords：solid- liquid two -phase flow；Numerical simulation; Fluent software Classification: TB126目录摘要： (I)Abstract (II)目录.............................................................................................................................. I II 1 引言. (1)1.1 研究背景 (1)1.2 国内 (1)1.3 课题基本内容和拟解决的主要问题 (2)1.4 欧拉-拉氏模型 (3)1.5 研究方法 (3)1.6 研究意义 (4)2理论方法 (4)2.1控制方程 (4)2.1.1质量守恒方程 (4)2.1.2 动量守恒方程 (4)2.1.3层流的控制方程 (5)2.2采用方法 (5)2.2.1 GAMBIT软件介绍 (5)2.2.2 GAMBIT操作步骤 (7)2.2.3 FLUENT软件介绍 (7)2.2.4 FLUENT操作步骤 (8)3 实验原理 (10)3.1工作原理........................................................................... 错误!未定义书签。
螺旋离心泵内固液两相流的数值模拟
流量
（ ｈ ｍ／）
１５ ６
扬程
（ ｍ）３ ２ຫໍສະໝຸດ 轴功率 （Ｗ） ｋ
２ ． ３２
效率
（ ） ％
６ ２
转速
（／ ｉ） ｒｍ ｎ
１８ ４０
律 和特性研 究是 研 究 的重 点 之一 ＿ ｊ ３ 。借 助 Ｃ Ｄ Ｆ 方法对流体 机械 内部 流场进 行数 值模 拟 得到 越来
越 广泛 的应用 。
对 计算 区域 ， 划分 为非 结构 四面 体 网格 ， 进 并
本文 以 １０×１０ Ｎ 一 ２型 螺 旋 浓 浆 泵作 为 行 了网格无关性 检查 。 ５ ０Ｌ ３
． 模 型泵 ， 以含沙 水 为介 质 ， 用 Ｃ Ｄ方 法 ， 不 同 ２ ２ 数 值 方 法 利 Ｆ 在 采 用分 离 、 式 、 态 计 算 方 法 。湍 流 动 能 、 隐 稳 中值粒径 和体 积浓度 ｖ ｏ ， 其 内流进 行计 算分 ｆ时 对
１ 前言
２ １ 模 型参数 及 网格划 分 ．
选 用 的螺 旋浓浆 泵 ， 主要参 数如表 １ 其 。
螺旋 离心泵 是将螺 旋泵 与离 心泵 融 合为 一体 的新型杂 质 泵 Ｌ 。其 内部 固液 两 相 流 的 流 动规 ｌ ｊ
表 １ １０×１０ Ｎ一 ２型螺 旋 浓 浆 泵 基 本 参 数 ５ ０Ｌ ３
ｒｉ ｅ ｈ ｎ ｙ ｉ ｆｔ ｏ ｉ／ｌ ｉ ｗｏ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ ｎ ｔｅ ｃ ａ ｎ ｌｏ ｈ ｕ ａ ｎ ｄ ｂｙｔ ｅ ａ ａ ｓｓ ｏ ｈｅ ｓ ｌｄ ｉ ｄ ｔ — ｈ ｓ ｏ ｉ ｈ ｈ ｌ ｑｕ ｌ ｎ ｅ ｆｔｅ ｐ ｍｐ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｓ ｒ Ｗ ｃ ｎ ｒ ｕ ａ ｕ Ｃ ｅ ｔ ｆ ｇ ｌｐ ｍｐ；ｓ ｄ ｌ ｉ ｗ — ｈ ｓ ｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｄ ｌｄ ｎ ｗ ｔｒ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔ ｎ ｅ ｉ ｄｉ／ ｉ ｄ ｔ ｏ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ；ｆ ｎ ；ｓ ｎ — ｅ ａｅ ； ｕ ｒ ｌ ｓ ｕ ｑ ｌ ｕ ａ ｃ ｍｕａ ｉ ｏ
固液两相流沉降模型与数值模拟研究的开题报告
固液两相流沉降模型与数值模拟研究的开题报告
一、研究背景
固液两相流是一种重要的流体形态，在各个领域均有广泛应用，如化工、能源、环保等。
其中，固液两相流沉降过程是固液分离、浓缩的重要方式之一。
目前，现有
模型在描述固液两相流沉降过程中存在不足，需要更加精确的模型来对固液两相流沉
降进行描述和预测。
二、研究内容
本研究旨在建立一种可靠的固液两相流沉降模型，并进行数值模拟，探究固液两相流沉降规律。
1. 固液两相流沉降模型的建立
建立固液两相流沉降模型，考虑到液相在固相表面的留滞、颗粒沉降速度等多个因素的影响。
基于相对论的粒子运动理论、Navier-Stokes方程、Kynch沉降理论等，
建立固液两相流沉降模型。
2. 数值模拟
使用Fluent软件进行数值模拟，验证建立的固液两相流沉降模型的可靠性，并分析固液两相流沉降规律。
通过改变不同的流体参数和物质参数，以获得不同的土壤颗
粒在不同条件下的沉降特性。
在模拟过程中，考虑到颗粒与颗粒之间的物理相互作用、流体中的湍流效应等。
三、研究意义
通过本研究建立可靠的固液两相流沉降模型，可以预测固液两相流沉降的速度和颗粒大小的变化，为污水处理、土壤重金属污染治理、湖泊沉积物监测等领域提供理
论指导。
同时，本研究的数值模拟结果可以为实验成果提供准确的验证和补充。
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。
近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。
液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。
其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。
图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。
由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。
K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。
数值模拟和fluent方法固液流态
数值模拟和fluent方法固液流态全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：数值模拟是一种利用计算机进行数值计算的方法，通过对流体、结构或其他物理现象进行数值模拟，可以帮助研究人员更好地理解和预测实际系统的行为。
在许多工程领域中，数值模拟已经成为必不可少的工具，可以用来优化设计方案、缩短研发周期和节约成本。
而在固液流态方面，数值模拟与fluent方法的结合更是为研究人员提供了一种强大的工具，帮助他们深入探索固液两相流的特性和规律。
固液两相流是指在流体中存在着固体颗粒的情况，例如在搅拌槽、沉降池、旋流器等设备中常见的情况。
固液两相流在许多工业过程中都扮演着重要的角色，比如在矿石选矿、环保处理、液-固分离等方面都有广泛的应用。
由于固液两相流中存在着多种影响因素和复杂的流动机理，传统的实验方法和理论分析在很多情况下难以满足工程需求，因此数值模拟成为了研究固液两相流的重要手段。
在固液两相流的数值模拟中，fluent方法是目前常用的一种方法。
fluent是一种商业化的CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）软件，它能够有效地模拟多种流体现象，包括固液两相流。
fluent方法通过将流动区域离散化成无限小的小体积，然后利用数学方法对连续流场进行求解，从而得到流场中各点的速度、压力、温度等物理量。
在固液两相流的数值模拟中，fluent方法可以有效地模拟颗粒在流场中的运动轨迹、浓度分布、碰撞与聚集等过程，为工程研究提供了重要的参考数据。
在固液两相流的数值模拟中，其中一个关键的问题是固液颗粒与流体之间的相互作用。
在固液两相流中，颗粒颗粒之间的相互作用和颗粒与流体之间的相互作用是非常复杂的。
固体颗粒在流场中会受到流体的阻力、浮力、颗粒之间的碰撞力等相互作用，这些相互作用决定了颗粒在流场中的运动轨迹和浓度分布。
通过数值模拟和fluent方法，研究人员可以模拟出颗粒在流场中的运动过程，得到颗粒的轨迹、速度、浓度等关键参数，从而更好地理解和优化固液两相流的工程过程。