气液两相流研究现状
气液两相流模拟在铸造CAE领域的应用现状
气液两相流模拟在铸造CAE领域的应用现状摘要：充型过程的气液两相流动数值模拟技术是铸造cae领域的前沿，分析了气液两相流动数值模拟技术在铸造cae领域的应用。
介绍了铸造充型过程的气液两相流动的数学模型及计算方法。
探讨了两相流数值模拟技术在铸造cae上应用存在的问题，展望了铸造充型过程数值模拟的发展趋势。
关键词：铸造cae；气液两相流；充型过程；数值模拟引言多相流是由固相，液相，气相三相中任何两相或三相组合而成[1]。
而气液两相流动是指气体和液体同时存在且具有明确分界面的流体运动[2]。
近几年，气液两相流动数值模拟的研究成果已在多个工程领域得到应用。
铸造是个涉及多领域的学科，在整个铸造充型过程中，流动的金属液是液相，还存在各种来源的气体，气液两相流动相互影响，因此该过程可简化为气液两相耦合流动。
在充型过程中，型腔内空气卷入到金属液内部很难避免，铸件易因此形成缺陷，这些缺陷对铸件质量影响很大。
在金属液充填型腔过程中运用气液两相流数值模拟，有助于对充型过程中卷气、排气问题进行准确预测[3]。
本文介绍铸造cae领域中气液两相流模拟现状和发展趋势。
1 铸造充型过程气液两相流模拟的概况传统铸造充型过程的数值模拟大多建立在单相流技术上。
铸造充型过程的气液两相流动数值模拟是铸造cae领域近几年研究的热点。
2006年，韩国学者j.h.hong，在对铝合金压铸件进行模拟研究时建立了压铸过程的三维两相流vof模型。
同年，rohallah等人采用类似的数学模型，通过把型腔中的气体分类为有限可压缩流体和不可压缩流体两种情况，进而对边界条件、计算收敛速度等方面的影响进行了研究。
2008年，华中科技大学郝静[4]，基于level set 法，在铸造充型过程中以气体可压缩的气液两相流数学模型为基础，提出一种sola-level set方法，并给出了求解方法。
2010年，清华大学李帅君、熊守美，针对压铸提出了一种不可压缩气液两相流数学模型，给出了相应的求解方法，并用该方法模拟压铸充型过程的卷气现象[5]。
气液两相流传热与传质机理研究
气液两相流传热与传质机理研究气液两相流是指在管内流动时同时存在气体和液体两个不同的相态，这是许多工业流程和设备中常见的一种流动状态。
气液两相流的传热和传质机理研究是流体力学和化学工程中极为重要的一个研究领域，对流体流动和热传递的控制、组成物的转移及分离、能源转化和材料制备等都有重要的应用价值。
一、气液两相流的组成和特点气液两相流主要由气体和液体两个相态组成，其中气体被包裹在液体中形成气泡或气液界面，呈现出交替出现的液相和气相区域。
气液两相流具有一些独特的物理和化学特性，例如具有较大的界面面积和流动面积、较高的湍流强度和复杂的流动状态、气体泡在液体中的反复形变和与固体表面的接触等。
气液两相流具有很多广泛的应用，如油气储存和输送、化学反应器、纺织工业、热交换器、分离器和空气污染控制等领域。
气液两相流的研究不仅可以提供有效的工业流程和设备设计，而且可以促进一系列新的科学发现，以及各个领域的技术创新和发展。
二、气液两相流传热机理研究气液两相流的传热机理主要涉及气泡或气液界面的生成、移动和破裂等过程，这些过程对热传递的效率具有决定性的影响。
另外，气液两相流的传热机理还与流体性质、管道尺寸、流量和流速等相关因素有关。
通过对气液两相流传热机理的深入研究，可以发现其主要的传热规律包括局部传热现象、界面传热现象和黏性传热现象。
其中，局部传热现象是指在气泡或气液界面附近的特定区域内，存在着比较明显的局部热传递现象；界面传热现象是指在气液两相交界的位置上，由于相间传热的存在，形成了一个传热的“墙”；黏性传热现象是指由于气液两相之间的相互摩擦作用及其与管壁之间的接触作用，使局部热传导场发生显著变化。
三、气液两相流传质机理研究在气液两相流传质过程中，气液界面成为了物质传输的主要通道。
气泡或气液界面上的局部质量传递现象与传热现象类似，包括局部质量分布现象、界面传质现象和分子扩散现象等。
当前，气液两相流传质机理的研究焦点主要集中在质量传递的速率计算和模拟方法上，这些方法可分为数值模拟、解析模型和实验方法三种。
汽液两相流测量技术的现状及发展
汽液两相流测量技术的现状及发展
随着汽车工业的不断发展和技术的进步，汽液两相流测量技术也越来越受到关注。
汽液两相流是指在管道或设备中，同时存在汽态和液态的物质流动情况。
该流态在汽车制造和工程领域中广泛存在，如发动机冷却液、燃油系统、气缸冷却系统等。
汽液两相流的测量技术是实现流体系统优化的重要手段。
目前，国内外研究人员已经开发出了不同的测量技术，包括实验测量、数值模拟以及图像处理等方法。
其中实验测量是一种最为直接的测量方法，主要包括热物理参数测量和流量测量两类。
热物理参数测量主要是通过测量流体温度、压力等参数，来分析汽液两相流的状态。
而流量测量则是通过测量流体质量、速度等，来分析汽液两相流的特性。
数值模拟是一种通过计算机模拟流体系统中的物理过程，来分析汽液两相流的测量方法。
其优点是可以模拟流体系统中的复杂流动现象，但需要预先设定数值模型，且计算精度受多种因素影响。
图像处理是一种通过视觉分析汽液两相流的方法，如高速摄影、雷达成像等。
该方法可以直接观察汽液两相流的流动特点，但对环境条件的要求较高。
随着技术的不断发展，汽液两相流测量技术也在不断完善和发展。
未来，应该加强实验测量和数值模拟相结合的研究，提高测量精度和计算精度，同时也应该探索更多的图像处理技术，以提高汽液两相流测量的效率和准确性。
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气液两相流模拟在铸造CAE领域的应用现状
气液两相流模拟在铸造CAE领域的应用现状充型过程的气液两相流动数值模拟技术是铸造CAE领域的前沿，分析了气液两相流动数值模拟技术在铸造CAE领域的应用。
介绍了铸造充型过程的气液两相流动的数学模型及计算方法。
探讨了两相流数值模拟技术在铸造CAE上应用存在的问题，展望了铸造充型过程数值模拟的发展趋势。
标签：铸造CAE；气液两相流；充型过程；数值模拟引言多相流是由固相，液相，气相三相中任何两相或三相组合而成[1]。
而气液两相流动是指气体和液体同时存在且具有明确分界面的流体运动[2]。
近几年，气液两相流动数值模拟的研究成果已在多个工程领域得到应用。
铸造是个涉及多领域的学科，在整个铸造充型过程中，流动的金属液是液相，还存在各种来源的气体，气液两相流动相互影响，因此该过程可简化为气液两相耦合流动。
在充型过程中，型腔内空气卷入到金属液内部很难避免，铸件易因此形成缺陷，这些缺陷对铸件质量影响很大。
在金属液充填型腔过程中运用气液两相流数值模拟，有助于对充型过程中卷气、排气问题进行准确预测[3]。
本文介绍铸造CAE领域中气液两相流模拟现状和发展趋势。
1 铸造充型过程气液两相流模拟的概况传统铸造充型过程的数值模拟大多建立在单相流技术上。
铸造充型过程的气液两相流动数值模拟是铸造CAE领域近几年研究的热点。
2006年，韩国学者J.H.Hong，在对铝合金压铸件进行模拟研究时建立了压铸过程的三维两相流VOF 模型。
同年，Rohallah等人采用类似的数学模型，通过把型腔中的气体分类为有限可压缩流体和不可压缩流体两种情况，进而对边界条件、计算收敛速度等方面的影响进行了研究。
2008年，华中科技大学郝静[4]，基于Level Set法，在铸造充型过程中以气体可压缩的气液两相流数学模型为基础，提出一种SOLA-Level Set方法，并给出了求解方法。
2010年，清华大学李帅君、熊守美，针对压铸提出了一种不可压缩气液两相流数学模型，给出了相应的求解方法，并用该方法模拟压铸充型过程的卷气现象[5]。
管道内气液两相流流激力研究进展
管道内气液两相流在核工业、化工业以及石油运输等多个领域中广泛存在，与单相流计和运行具有重要意义。
在过去几十年内，管道外流对管道的影响受到了广泛关注[15-20]，但随着研究的深入，学者们发现管道内流流激力的产生机理与管道外流有本质的区别[21]。
本文首先对管道内气液两相流流激力的产生机理方面的研究进展进行了综述，然后总结了流激力的影响因素，最后对其计算模型进行了阐述，旨在全面展示气液两相内流流激力的研究现状，为进一步开展相关研究给出指导。
1. 气液两相流流激力发生机理1968年，学者Yih和Griffith[22]首次进行了三通结构内气液两相流流激力的实验研究，研究发现：气液两相流流动伴随着强烈的压力、持液率和动量通量波动，正是由于这些不稳定因素导致了管道系统的受力和移动。
作者认为动量通量更能从本质上揭示流动的变化规律，因此将动量通量变化看作“源”，三通结构的移动看作“响应”，但限于实验条件不足，实验并未直接测量流体动量通量的变化，而是使用过滤器将管道移动信号转换为动量通量信号。
Riverin和Pettigrew[6]使用光学探针测量了U型管弯管处的气泡大小和频率以及该处管道的受力值，作者认为，不同气泡的经过导致动量通量的不断变化，经过的气泡越大，带来的动量变化越大；通过实验数据做出气泡尺寸–频率图线，发现最大气泡对应的频率值与受力信号频谱图中主频率值是一致的，由此证明流体轴向动量通量的变化使管道弯管部分产生了脉动力。
Cargnelutti等[23]进一步指出，单相流中弯头部位作用力的产生是由于流体流动方向和压力的改变，而气液两相流中，这两者的变化由于密度、气液界面的急剧变化而大大增加；在直管中，管道作用力的产生机理是液塞经过引起的湍流噪声和压力波动，而在弯头部位，则是由于动量通量在短时间的剧烈改变所造成。
Giraudeau等[24]在实验中直接对截面含气率信号和U型管弯管部位受力同时进行测量，通过对比两者的频谱图发现，同一组实验下两者的主频率值基本相同。
井筒气液两相流动数值模拟研究
数值模拟是利用计算机技术和数值计算方法，对物理模型进行数学描述和求解 的一种方法。在石油和天然气工程中，数值模拟通常采用离散化方法和有限元 素法等数值计算方法，对井筒气液两相流动进行数学描述和求解。离散化方法 是将连续的物理模型离散化为网格模型，然后利用有限元素法等数值计算方法 对网格模型进行求解。有限元素法是将连续的物理模型离散化为有限个元素， 并对每个元素进行数值计算，最终得到物理量的近似值。
气泡之间在上升过程中可能会相互靠近并且产生合并现象。这些结果表明气泡 上升规律的变化可能主要是由液体黏度和密度变化等因素导致的。因此油水密 度黏度比的差异会决定气泡合并前流型是呈柱状或弹状的特点；在相同流量条 件下随着油水比例的增加油水界面的波动幅度逐渐减小当油水比例达到一定程 度后界面的波动幅度已经很小；
4、结果及分析
通过对数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：
（1）管内气固两相流动呈现出明显的非均匀性，且流动状态受固体颗粒性质 和气体速度的影响较大。
（2）在较低气体速度下，固体颗粒容易在管道底部积聚，形成固相浓度较高 的区域。随着气体速度的增加，固相浓度分布趋于均匀。
（3）在一定条件下，管内流动可能出现稳定的层流状态，即气体和固体颗粒 分层流动。这种现象有利于减小能量损耗和维护设备正常运行。
四、计算结果及分析
通过计算得到了不同工况下的流动规律和液相分布情况。当油水比例达到50% 时，气泡流动不再存在液膜的气泡接触角变小并且向正流区变化的现象变得更 为显著；在初始上升高度不随油水比例的变化而变化的情况下，随着油水比例 的增加，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例达到50%时，气 泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例增加到一定值后，
关键词：气力输送，管内流动， 气固两相流，数值模拟
气液两相流通过管壁小孔的分配特性研究及其应用的开题报告
气液两相流通过管壁小孔的分配特性研究及其应用的开题报告一、研究的背景和意义气液两相流在许多工程和科学领域中都有广泛的应用，例如石油工业、化工工业、环保工程、生物医学等领域。
在许多应用中，气液两相流要经过管壁小孔进行分配，比如说在反应器中的气体输入，需要通过管壁上的小孔进入反应器中。
又或者在环保领域中，要通过小孔进行喷洒水雾，才能达到清洗的效果。
因此，深入研究气液两相流通过管壁小孔的分配特性，对于优化工程应用具有重要的意义。
既可以帮助工程师设计更为高效的分配系统，又可以为制造商提供更好的分配器件。
二、研究的内容和方法本研究主要针对气液两相流通过管壁小孔的分配特性展开研究，主要研究内容包括以下几个方面：1. 小孔的结构设计和优化通过对不同结构的小孔进行实验，研究小孔的大小、形状、间距等因素对气液两相流分配的影响。
通过优化小孔的结构设计，找到最佳的分配方案。
2. 气液两相流的分配特性研究在已优化的小孔结构下，研究气液两相流的分配特性。
通过实验和数值模拟进行研究，得到气液两相流在小孔分配时的分配比例、流量和速度等参数。
3. 实际应用中的应用研究将优化的小孔结构和分配方案应用于实际的工程系统中，并进行工程实验和模拟，评估其应用效果。
本研究主要采用实验测试和数值模拟相结合的方法进行研究，使用高速相机等实验设备对气液两相流进行观测，采用CFD等数值模拟软件进行模拟分析。
三、预期成果和意义本研究的预期成果包括以下几个方面：1. 小孔结构的优化设计与应用通过优化小孔结构设计，得到最优化的分配方案，开发出高效的气液两相流分配器件，提高工程应用效率。
2. 气液两相流的分配特性研究深入研究气液两相流在小孔分配时的分配情况，为科学理解气液两相流的分配机制提供重要参考。
3. 实际工程应用实验和模拟分析验证分配方案的工程应用效果，为相关工程领域提供参考案例。
本研究的意义在于，为解决现实工程应用中气液两相流分配问题提供科学的研究基础和优化方案，开发高效的分配器件，提高了工程应用的效率和可持续性。
2012.气液两相流流型识别理论的研究进展
文章编号：CN23－1249（2012）06－0033－04气液两相流流型识别理论的研究进展方立军，胡月龙，武生（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）摘要：介绍了气液两相流流型识别理论，首先探讨了气液两相流流型划分问题，然后详细介绍了流型的静态识别方法和实时识别方法，并重点介绍了基于压差波动理论、混沌理论、神经网络和复杂度特性的间接实时流型识别方法。
关键词：气液两相流；流型识别；划分；静态识别；实时识别中图分类号：TP391．41文献标识码：AResearch Progress of the Gas －liquid Two Phase Flow Pattern RecognitionFang Lijun ，Hu Yuelong ，Wu Sheng（School of Energy Power and Mechanical Engineering ，North China Electric Power University ，Baoding 071003，China ）Abstract ：This paper introduce the gas －liquid two phase flow pattern recognition theory ，it firstly probes into the division of gas －liquid two phase flow pattern ，and then introduced the static flow pattern identification method and real －time identification method ，and mainly describes the indirect real －time flow pattern identification methods based on the theory of differential pressure wave ，the chaos theory ，the nerve network and the complexity characteristics．Key words ：gas －liquid two phase flow ；flow pattern recognition ；division ；static identification ；real －time identification收稿日期：2012－06－19作者简介：方立军（1971－），男，副教授，研究方向为大气污染物控制和洁净煤技术。
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气液两相流研究现状
两相滝的定义妾从相的概念出发.相是指在没有外力作用下*物理、化学性质完全相同*成分相同的均匀物质的顒嗪态*并且相与柑之问有明璃的物理界面*自然界中的物廣通常可分为气相.液相和固袍，单相物质（如气休或液秋）的逹动称为单相流、两榨谎则指的聂两种不同相物质（至少一相为流体）在同i体系中的共同流动|'卩自然界和工程领城中广眨有在着两相流.两相流在莅油、动力、化工、制冷、枚能、冶金、水泥.鴨倩加工、适城、水利、环境保护*建筑及航天等领城荊有潘广楚的应用凹叫按携相的纽昔方式可以将工业中的两相就分为：气液两相流"气固两相流*液因两相谎【"⑶・此外，工程中也将两种不能均匀倔合的液体的女屁流动称为直液荊相流⑴叫
气痕两相流是两相流动中锻为常叽的形或之一，在各种工业领域中广通存在.例如、石描.天然气和低器点液体的传输过程’再如锅妒、沸腾管r净礙器、气液淞合黑、苓液分离器等传热传质设备中的化学物理过程.由于吒液两棺谨中的％榨和藏相都具有可变界面，而气相文具有可压绸性*因此气議两相流被认为是最为复来的一种两相流动I叫
气液两相流可以旅据吒液两相的组分而分为单粗分气液两樹流和克组分气液两相流【叫单组分气液两相流的气液两相为同一种化学庇分的物质.例如，水蕉气和水的甩合物的谨动掲于单组分气克两相逋’单组分气Si两相诫在流动时很携压力变化的不同会发生栢«,即部分就体能汽化为驀汽或部分黨汽癡结为液体.眾组分气痕两相流的气義两相为不同化学成分的两种機廣.例如，空气和水的混合物的流动属于双组分茕簌蒔梱流，双齟分气液菸相流一般在流动时不会发生相变.
与单相潦相比，气液两枸渡有着怦多特点。
气液两相洗各相间的物埋性就（密度*粘度筹）■化学性嵐、相间相对速厘等都畏影响两相渝就动的豐宴因素.此外’由于相界面的存在，通过界面可能发生热矍、质量和动量的传递.气液界面的形状还会随时发生变化, 不同程度的相的衆井也可能会发生，如小气逼并战大吒泡或小就猜井成大菠滴.
总之，气戒两相流本禽存在的这些特性都使得吒菠商相流问題的竝理费得更加困难和崔也【工创
气栽两相流中的气相和液相通常各具有一组流动费量•因而描述九菠两相流的参数要比描述羊相沆的参数多•气液两相流动介质在时问、空间上存在随机分布和相界面的变化, 相问还可能存在相对速度等，除了描述单相流动的券歌如速度、温度、圧力、流量等寥数外，研究者们还引入了一些新的参数对气義两相流动特性进行描述.常见的气液两相流主要参數包括：流型、分相含率、速度.流帑.密度和压力降尊卩切・
(1)流型
流型指的是流体流动过程中相分布的结构咸形式，是两相流动的一个定性的参数.两相流体的传熱、传质特性会受到流型的影响，而且两相流其他歩数的准确测11也在往依赖于对流型的了解.由于气液两相界面形状的随机可麦，便得气液两相流具有复杂多样的涛型.
(2)分相含率
分相含銅指的是两相流体系中各相的分相含量，对于分相含率，各类两相流有臺不同的习慢术语，在气液两相流中分和含率又称为空隙率或含气來，而气因两相流中分相含率则称为空陳度或含固率.分相含望可以表示一段管流按容积.栽面的平均分相含率.也可以炭示局部分相含率.
对于气液两相流而肯，分相含率是指在两相流借逋横我面上气相所占的截面积与管谴横截面总面积之比，表示为：
(IJ> 其中，/为横载面总面积，〃为气相所占的截面积，/0为液相所占截亜积.
当两相流动是定常的均匀流动时，分相含率还可以用管谴中某一长度内气相所占的容积与该段管道的总容积之比，即
(1.2)
A L
其中，卩为管段总体积，岭为吒相所占体积.阶为液相所占体积.
⑶速度
由于气液两相流的相之间存在相对速度，除了以混合流体的平均速度描述外，还采用 分相洗速来叢示.对于气液两相流.分相流速包据吒相折算速度站呛和液相折算速度吟， 定义为分相流量与曾道总截面积之比，分别表示为；
其中，Q 为气相体积流量，@为液相体税流量.
气相实际流連叫与液相实际茨速⑷则定义为是单相流金与单相实际占据的裁面积之 比.分别表示为：
(].5)
(1.6)
(4) 流量
两相流的流1!通常可以采用容积流量或质量流量来进行描述•对于气液甫相這的总质 量流量.定义为舉位时冋内流过任一管适様戏面的代欢混合搁的总质量(叩％相质量流量 与戒相质童流量之和 >;对于气液两相流的总体积流祉，定义为单位时间内流过任一管道 橫截面的气液混合物的总体积(即气相依积流量与裁相体积流畳之和>.
(5) 密度
对于气液两相流动，两相混合物的平均密度也是一个常用参数.通常可根据各相密度 和分相含举等参数计算获御.
(6) 压力降
压力嘩是设计各种存在气液两相流动的工程设备的最基本参数之一•气液两相流的压 力降除了包括摩擦阻力压力降、重位压力降、加速圧力降这三种圧力降以外，在实际工程 领域的管路中，还存在局部阻力压力降，它畏气簌两相流在流经各种阀门、弯头、孔扳豹 文丘里管等管件时产生的压力降.目询r 关于气液那相流压力降已经有不少的硏究工作, 有大：■的a =_a_
A A K + (13)
<1.4)
圧力降计算模型和计算式可供应用同.
除了上述的歩数之外，诸如传热、传质系菽、滑移比尊参数也是两相流中常见的参数, 这些参数对于两相流系沆动特性的分析和研究也都有着重夏的作用卩・v此外，两相流中气泡、義滴或颗粒的尺寸及分布，液廡的厚度等也都是描述两相流动特性的参数卩】・本文硏究中涉及的两相流参数主要为气液两相流的流型、气泡速度和气相含率.。