多相流的数值模拟.pptVIP

* 基本思路：把气-液相界面的传播用一个高阶函数，即Level Set函数的零点表示，由Level Set函数的代数值区分计算区域中的各相。 优点：求解思路比较容易理解，相界面可以表示为连续函数，便于做数学计算；可以求解相界面的几何特性参数，从而求解表面张力；该方法也容易向高阶空间推广。 Level Set法 * 基本思路：用相函数F取代MAC方法中的虚拟无质量彩色粒子，表示某一相介质占据网格面积(二维)或体积(三维)的分数，取0-1之间的数值。 相函数F：一种流体相（如液体）中，相函数F取值为1，而再另一种流体相（如气体或另一种液体）中相函数F取值为0；在相函数F取0到1之间的数值的地方即为相界面位置 VOF法 * 气液相界面的构造方法 施主-受主方法（Donor-Acceptor） Gueyffier迭代法 FLAIR型重构技术 PLIC型重构技术 CICSAM方法 * 施主-受主方法法 基本思想：用网格内的直线或曲线来近似界面，然后通过计算单元网格与上、下游单元之间的流量变化来离散求解方程。 * Gueyffier迭代法 求解思路：寻找运动界面所穿过的格子范围；仅仅对与运动界面相交的网格及相邻的网格进行计算，得到新时刻对应的新的流体体积函数分布（相函数）。 * FLAIR型重构技术 基本思路：对任意网格边界的两个相邻网格，通过构造一条带有倾角的直线段作为跨过该网格边界的近似界面；然后计算单位时间内流过该网格边界的流体体积量flux，并作为修改流体体积函数的数值流通量。 按多种情况分类：目的主要是为了计算通过网格边界的流体体积通量，而此通量由施主网格的状态决定，故以施主网格的状态为依据分类） （1）施主网格是满网格，即 =1； （2）施主网格是半网格，即 =0； （3）施主网格是半网格，受主网格是半网格，即0 1 或 0 1； （4）施主网格是半网格，受主网格是空网格，即0 1，且 =0； （5）施主网格是半网格，受主网格是满网格，即0 1，且 =1。 * FLAIR型重构技术不同种类图例 * PLIC型重构技术 基本思路：在单个网格内用直线段来逼近相界面，其着眼点是确定运动界面与边线的倾角，利用此夹角和网格内的体积函数来确定直线的斜率与位置，构造出网格内的界面。计算在一个时间步内流过网格边界到达相邻网格的流体体积量，修改本网格与四周相邻网格的流体体积函数值。 按两种情况讨论： （1）计算单元为满网格，F=1 （2）计算单元为半网格，0F1 * 几种界面重构方法的比较 施主-受主方法比较粗糙，重构界面的精细程度不够； FLAIR方法的计算中相界面有少许破碎，误差较大； PLIC方法构造的相界面精细度较好，在平移问题、剪切问题和旋转问题中能获得较好的结果。 * 多相流数值模拟中的困难 对流体之间的相互作用的模拟还不够准确； 多项流的数值模拟对数值计算方法的要求较高，数值解法需要有更高的稳定性； 计算量大； 多项流系统的稳态特性和动态特性都与陷阱吗的运动和流型有关，还与各相的局部特性有关；特别是，流体的紊流和相界面的脉动相互作用，导致流场具有动态不稳定性和统计特性。 * 思考题 一、欧拉-拉格朗日类模型中有一类是单颗粒动力学模型，在拉格朗日坐标系中，一般形式的颗粒的运动方程每一项是什么意义，该如何简化？ 二、请简单介绍商用计算软件Fluent在多相流数值模拟上的应用。 * 一、欧拉-拉格朗日类模型中有一类是单颗粒动力学模型，在拉格朗日坐标系中，一般形式的颗粒的运动方程每一项是什么意义，该如何简化？ 在拉格朗日坐标中，一般形式的颗粒运动方程为： 颗粒运动的阻力 附加质量力 压力剃度力 Basset力 Magnus力 Saffman力 简化后的单颗粒运动方程： * 二、请简单介绍商用计算软件Fluent在多相流数值模拟上的应用。 Fluent中描述多相流模型有： VOF模型 欧拉模型 混合模型 欧拉法 VOF适用于分层流或自由表面流 混合或欧拉模型适用于流动中有混合或分离或者离散相的体积份额超过10%-12%的情况 * VOF法用来处理没穿插的多相流问题 使用欧拉-欧拉法时连续相和分散相被视为连续的一体 * College of Energy and Power Engineering LJ * 多相流的数值模拟 刘健 （SX1102136） 陈宁立（SX1102076） * 本章主要内容 多相流数值模拟的特点 多相流数值模拟中常用的特殊参数 多相流数值模拟方法的分类 连续介质力学模型 气-液两相流相界面迁移过程的数值模拟 Level Set方法及其在气-液两相流数值模拟中应用 VOF模型及其在气-液两相流数值模拟中的应用