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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 仿真模拟 » FLUENT & CFX » 【讨论】请教一个气-液-固三相流模拟可能性的问题
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soaring2939

木虫 (著名写手)

[交流] 【讨论】请教一个气-液-固三相流模拟可能性的问题已有4人参与

想请教诸位流体仿真高手关于一个气液固三相流计算的可能性问题，本人思考了好些天一直没有基本的头绪。

这是关于一个高温熔体电解的问题。如下图所示，一个容器内有电解质（高温熔体）受电磁力的作用不断流动（为湍流），容器的底部为阴极，容器底部和侧壁都可设置为壁面条件。

阳极浸入熔体，阳极的底掌因电化学反应而不断释放气体，气体从阳极底掌产生，沿着阳极附近流体受浮力作用从熔体上部逸出，因此对熔体上部的流场起到搅动作用。

熔体的某个湍动程度较大的区域的上部设有间歇性工作的下料器，下料器每隔2min下料，下料的持续时间约3S，物料为直径约150微米的小颗粒，颗粒下料至熔体后迅速分散，并强烈地吸热溶解，下料后约200S后溶解完毕。

总的来说，流动的主体区域是熔体，熔体主要受电磁力作用（作为体积力统一施加），熔体的上部阳极底掌附近受到气泡的搅动，下料器将颗粒下料至熔体，颗粒一边跟随熔体运动（也受到一定的气泡搅动）一边不断溶解变小直至消失。因此，这个过程可看作一个气（阳极气泡）-液（熔体）-固（颗粒）的三相流问题。

目前的研究手段是仅考虑熔体和气泡，用欧拉-欧拉两相流的方法，将熔体设置为计算域，阳极底掌设为气相质量入口，熔体上表面设为气相的出口，计算域施加体积力（已知各点的电磁力大小及方向），这样进行稳态计算可以得到熔体的流场。

本人现在想考虑引入颗粒相，主要是考虑颗粒对熔体运动的影响以及熔体能否使颗粒在下料后短时间内让颗粒充分分散以更好地溶解。方法是在熔体和气泡欧拉-欧拉两相流的计算完的基础上，将颗粒作为离散相（因为颗粒占流体的体积分数很小），用拉格朗日的方法得到颗粒的轨迹图和分布图。但是遇上以下问题：

1.可以简化不考虑颗粒的溶解，仅颗粒颗粒下料后的短时间内（如4S，因为时间足够短故不考虑颗粒的溶解）将下料器下熔体的上表面取一小块作为颗粒的入口，但是这里颗粒的出口是不好确定的，无论是将容器底部还是上部作为颗粒出口都是不合适的，毕竟这个问题颗粒有入口，但是没有出口！

2.考虑颗粒的溶解，引入化学反应模型借鉴颗粒燃烧的算例，让颗粒不断反应完,但是感觉这个仅是颗粒的溶解问题，跟那些算例貌似并不属于同一类问题，也不知道怎么整，而且颗粒燃烧问题也是有出口的。

3.根本不计算颗粒，只计算气-液两相，然后后处理时在下料器下熔体的上表面取一小块加100个颗粒，让颗粒跟随流体运动看颗粒0~4S的分散情况。但是不知道这个在Fluent或CFX中是否可以实现，我知道在COMSOL中可以进行这样的后处理。

4.将颗粒作为源项施加，但本人对“源项”还半懂不懂的，显然作为“质量源项”是不够的（颗粒带来的质量增加量可忽略），但可以考虑作为施加在局部的“能量源项”，毕竟颗粒溶解会引起局部流体温度的降低进而影响流场。

5.其他方法，如用fluent 的population balance model来模拟颗粒分布（还不知道这个模型怎么调出来）。

请大家出出主意看这个问题怎么解决，有没有可能做出气-液-固的三相流仿真出来（暂不考虑精度和收敛性问题）。谢谢！
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1楼2010-05-19 21:49:31
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wuming524

专家顾问 (著名写手)

石化蛀虫
★ ★ ★
soaring2939(金币+1):谢谢参与
kuhailangyu(金币+2):谢谢参与 2010-05-20 08:45:35
Q1：将容器顶部设置为压力出口。
Q2:FLUENT有专门的熔化凝固模型。
Q3：DPM模型计算分散相浓度分布。
Q4：添加能量方程，设置颗粒温度，无需添加源项吧？？！
Q5:貌似PBM是模拟聚并和破碎的模型，不知道你想干嘛？？

[ Last edited by wuming524 on 2010-5-20 at 09:06 ]
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2楼2010-05-20 08:14:16
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kuhailangyu

荣誉版主 (著名写手)

小木虫蛀虫防疫站站长

优秀版主
★ ★ ★
soaring2939(金币+1):谢谢参与
robert2020(金币+1):辛苦了~~ 2010-05-20 09:08:08
zzuwangshilei(金币+1):帮助他人解决问题 2010-05-20 10:53:34
Fluent自带的熔化凝固模型对你这个多相流动问题可能执行不了！

吸热溶解没有做过，但是应该可以通过一个简单的udf实现。

问题比较复杂，越想做得真实越困难嘛，你可以先实现其中的若干问题，再往下走！
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有能力有脾气的人--怀才不遇；有能力没脾气的人--春风得意；没能力有脾气的人--一事无成；没能力没脾气的人--贵人相助。
3楼2010-05-20 08:48:18
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soaring2939

木虫 (著名写手)
★ ★
zzuwangshilei(金币+2):鼓励积极讨论自己的话题 2010-05-20 15:01:31
引用回帖:
Originally posted by soaring2939 at 2010-05-19 21:49:31:
想请教诸位流体仿真高手关于一个气液固三相流计算的可能性问题，本人思考了好些天一直没有基本的头绪。

这是关于一个高温熔体电解的问题。如下图所示，一个容器内有电解质（高温熔体）受电磁力的作用不断流动（ ...

自带的熔解凝固模型不好做，就算是做单个的颗粒且不考虑熔体流动，假设一个颗粒悬浮在熔体中，不求解动量方程也很难实现。毕竟颗粒和熔体是两种截然不同的材料，颗粒表面不断内缩，颗粒固体的温度也逐渐升高，Fluent里面貌似不能单独设置一个静止固相并赋予其材料属性。不过这个不考虑流动的单颗粒溶解问题已经通过Ansys多物理场建模得到了模拟：冷颗粒进入热熔体后，熔体先在颗粒表面结壳，颗粒直径变大，然后又吸热不断溶解。

我的主要目的是：1.考虑颗粒对气液两相流的影响（特别是颗粒强烈吸热导致局部温度降低）；2.评价流体对颗粒的分散能力，即找到最佳下料点（应该是湍动最大的地方）。

不过你说的设置熔体上表面为颗粒出口不知道是什么目的，按常识来看颗粒应该不会从上表面跑出去呀，这样能质量收敛么？

PBM是我瞎想的，可能还是不适合这个问题，熔解/凝固和燃烧及物相输送模型也不适合。也许只有看能否用UDF实现二次开发了，不过UDF才刚接触。

谢谢两位指点！
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4楼2010-05-20 13:51:39
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杀破狼1234

金虫 (著名写手)
★
soaring2939(金币+1):谢谢参与
引用回帖:
Originally posted by soaring2939 at 2010-05-20 13:51:39:
自带的熔解凝固模型不好做，就算是做单个的颗粒且不考虑熔体流动，假设一个颗粒悬浮在熔体中，不求解动量方程也很难实现。毕竟颗粒和熔体是两种截然不同的材料，颗粒表面不断内缩，颗粒固体的温度也逐渐升高，F ...

你好，请问你找到怎么描述颗粒分散情况的指标了吗，我现在也在做这个分散性问题，但不知道怎么表征，不知道用FLUENT中那个参数来来说明分散性的好坏，
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5楼2011-04-07 13:51:17
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James8358

金虫 (小有名气)
★
soaring2939(金币+1):谢谢参与
我是个初学者，很期待你的这个问题能早日解决。
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6楼2011-04-07 15:44:32
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蔡zhong

铁虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
4楼: Originally posted by soaring2939 at 2010-05-20 13:51:39
自带的熔解凝固模型不好做，就算是做单个的颗粒且不考虑熔体流动，假设一个颗粒悬浮在熔体中，不求解动量方程也很难实现。毕竟颗粒和熔体是两种截然不同的材料，颗粒表面不断内缩，颗粒固体的温度也逐渐升高，Flu ...

能留个联系方式吗
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7楼2015-10-17 13:29:15
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