分配器多相流仿真——欧拉模型和VOF

一、前言

   某公司管路的流量分配系统，出现分配不均情况。经分析，当两相流体以一定的气液比稳定运行时，突然增加一股液体(提高气液比)时，管路分配发生变化并影响之后的分配。原方案出现分配不均情况，因此需要通过仿真的手段改善分配。涉及到委托公司机密，下面只以原方案进行分析。并分别对两相流中VOF模型和欧拉模型进行区别。先看下效果图

二、模型和网格

  模型见下左图，部分网格见下右图。

 

三、输入条件

  入口速度为1.29m/s；出口为pressure-outlet，气是第一相，液气体积比为0.072

四、求解

4.1 欧拉模型

  首先采用欧拉模型进行求解。

  先计算19000步(晚上计算的)，再将修改液气比为0.18(表示突然涌进一团液体)，再计算了3000步。

 发现：气态能够较快收敛，液态需要计算一段时间后质量才能守恒(这个案例是600步左右)。见下面的残差图和收敛图。

以及report中的进出口误差计算。

最后这张是说明欧拉方程在运行一段时间后质量收敛的示意图。质量偏差是e-6级别。

4.2 VOF模型

  接下来是VOF模型。一开始是瞬态计算，按照前面输入条件计算了3000步，再修改液气比计算，继续瞬态计算了3300步，发现出口流量未变化。于是改为问题，之后质量才守恒。

五、小结

  因此在采用欧拉或者VOF仿真的时候，需要认真了解他们的原理和使用范围，并且时刻了解各方程的收敛情况。

如，关于VOF的适用范围：

  某网站对VOF的讨论http://muchong.com/html/201511/9632177.html

  VOF模型通过求解单独的动量方 程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括预测射流破碎、流体中大泡的运动、决堤后水流动和气液界面的稳态和 瞬态处理。FLUENT中VOF存在以下限制：

  1）必须使用离散求解 器，VOF模型不能用于耦合求解器

  2）所有的控制体积必须充满 单一流体相或相的联合，VOF模型不允许在那些空的区域没有任何流体的存在。

  3）只有一相是可压缩的

  4）周期流动（比质量流率或 比压降）问题不能和VOF模型同时计算

  5）组分混合和反应流动问题 不能和VOF模型同时计算

  6）大涡模拟湍流模型不能用 于VOF模型

  7）二阶隐式的time- stepping不能用于VOF模型

  8）VOF模型不能用于无粘 流

  9）壁面壳传到模型不能和 VOF模型同时计算