2001年fluent用戶大會(huì)文集

FLUENTFLUENT第一 用戶大楊 -拉氏大渦模擬研究了鼓泡床內(nèi)氣液兩相湍流流動(dòng)，得到了氣液兩相湍流瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生機(jī)理。大渦模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果給出了有無氣泡兩種情況下的液體湍流脈動(dòng)速度均分布。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣泡脈動(dòng)確實(shí)氣液兩相流動(dòng)兩相湍流大渦模擬鼓泡床以其結(jié)構(gòu)簡單、傳熱傳質(zhì)及反應(yīng)特性良好等優(yōu)點(diǎn)在化工和生物工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鼓泡床內(nèi)氣泡-液體兩相湍流特性的研究近年來受到了國際上多相流學(xué)術(shù)界越來越大的重[1]T[2[3[4F模擬[5和渦模擬[6顯示出氣泡尾跡誘導(dǎo)的氣泡和液體的強(qiáng)烈脈動(dòng)。但是對實(shí)際的鼓泡床內(nèi)含大量氣泡的氣液k模型并且忽略氣泡湍流所進(jìn)行的歐拉歐拉和歐拉拉氏統(tǒng)觀模擬[12][7][8]兩相湍V測量結(jié)果吻合得非常好。研究結(jié)果揭示出氣泡湍流比液體湍流強(qiáng)，液體湍流脈動(dòng)是由其自身速度梯度產(chǎn)生項(xiàng)和氣泡作用項(xiàng)共同產(chǎn)生的。但是二階矩兩相湍流模型和其他湍流模型一樣，只能給出統(tǒng)計(jì)平均量，無法從物理上給出兩相湍流瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生的機(jī)理。近年來大渦模擬被廣泛用于研究單相湍流，并且正在逐漸用于研究氣粒兩相湍流9，]，其優(yōu)點(diǎn)是可以揭示湍流大渦的結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和兩相湍流相互作用機(jī)理，用以驗(yàn)證統(tǒng)觀湍流模型，同時(shí)其計(jì)算量又比直接模擬的計(jì)算量小得多。到目前為止，尚未見到國內(nèi)外有關(guān)含大量氣泡的氣液兩相流動(dòng)大液兩相湍流流動(dòng)的歐拉31為ui ui

uuuip i ij為亞網(wǎng)格尺度湍流應(yīng)力，采用Smagorinsky-Lilly亞網(wǎng)格尺度模型進(jìn)行封閉，取s u 1 us i t

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iLmind,CV13，式中0.42C為模型常數(shù)，取

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b 計(jì)算域大小取為XLYL15.2cm1.1mxy方向網(wǎng)格尺寸為2mm，均勻網(wǎng)格數(shù)IMxJMy76550。數(shù)值模擬采用PISO算法求解 的全隱差分格式，對流項(xiàng)和擴(kuò)散項(xiàng)采用Q CK差分格式。進(jìn)口處加上周期性擾動(dòng)，取5ui Iu，式中I為脈動(dòng)強(qiáng)度，為 隨機(jī)數(shù)。出口處給 為1.01310Pa。壁5u1lnEuy，式中0.418E9.793 使氣泡-液體的相互作用達(dá)到收斂約需200h（8天）左右。2（t=0.5st=35s）單相液體瞬態(tài)速度等值線圖。從圖中可以看到通道旋，即湍流，從進(jìn)口到下游開始加強(qiáng)而后又因耗散變?nèi)?圖3給出這些時(shí)刻的氣泡-液體兩相流動(dòng)的液體瞬態(tài)速度等值線圖.這時(shí),由于剪切和氣泡二者的共同作用,液體的湍流渦旋比無4顯示出氣泡的瞬態(tài)速度等值線圖，從圖中可以看出氣泡的湍流渦旋比液體的更強(qiáng)。圖5和圖6分別給出了氣泡和液對大渦模擬所得液體的瞬態(tài)速度值分別進(jìn)行時(shí)平均和方差的均處理后，可得到液體時(shí)平均速度和湍流脈動(dòng)速度均8、9、10h=55cm處有無氣泡時(shí)液體縱向時(shí)平均速度、脈動(dòng)速度均兩個(gè)方向分量沿橫向的分布曲線。從這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，可以更清楚地看出，氣泡的作用是增強(qiáng)了液體的湍流脈動(dòng)。有氣泡時(shí)液體脈動(dòng)速度均比無氣泡情況約提高了50%左右，說明氣泡的作用是液體湍生的重要來源。這和二階矩模型研究結(jié)果是一 2. 3氣泡-)s/

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TwoTwoPhaseD/-0 0 D/圖8液體垂 圖9液體垂向脈動(dòng) 圖10液體橫向脈動(dòng) 參考文獻(xiàn)LainS,BroderDandSommerfeldM.NumericalStudiesofthehydrodynamicsinabubblecolumnusingtheEuler-Lagrangeapproach,9thWorkshoponTwo-PhaseFlowPredictions,Merseburg,242-251,1999.DudukovicMP,Al-DahhanMH,GuptaP,KemounA,OngBC,PanY,RadosN,RoyS,WuY.DOEAirProductsProjectTechnicalReport,WashingtonUniversity,USA,1999MuddeRF,LeeDJ,ReeseJ,FanLS.AIChEJ.,1997,43：913-GozMF,SommerfeldM,BunnerB,MortazaviS,TryggvasonG.Proc.ASME-FEDSummerMeeting,PaperSM00-11151,2000LiY,ZhangJP,FanLS.ChemicalEngineeringScience,1999,54,5101-ChenCX,ZhangJP,LiY,FanLS.CFDConference,UnitedEngineeringFoundation,Quebec,2001 GalperinB,OrszagSA.LargeEddySimulationofComplexEngineeringandGeophysicalFlows.CambridgeUniversityPress,1993PanY,TanakaTand