第一章 多相流基础（二）---多相流的分类

1.2 多相流的分类原则任何分类都只能回答一个问题不同分类不能混用。某些材料会把不同分类标准放在一起导致气泡流、VOF、气液流、粒子负载流出现在同一级。实际上它们属于完全不同的分类层次。1.2.1 按相态Phase Combination分类回答的问题有哪些相参与流动类型英文示例气液两相流Gas-Liquid Flow水中气泡、喷雾气固两相流Gas-Solid Flow沙尘、煤粉输送液固两相流Liquid-Solid Flow泥浆、含砂水流液液两相流Liquid-Liquid Flow油水分离、乳液气液固三相流Gas-Liquid-Solid Flow流化床、生化反应器特点最基础的分类方式。不涉及流动状态。不涉及 CFD 模型。1.2.2 按相的存在形式分类回答的问题每个相是如何存在的一个相只有两种存在形式1连续相Continuous Phase充满整个流场空间连续。特点占据主要体积可形成连续介质通常求解 Navier-Stokes 方程。例如空气中的空气水中的水管道中的冷却液。2离散相Dispersed Phase以独立个体分散在连续相中。特点不形成连续区域数量很多彼此可以独立运动。常见形式离散相英文颗粒Particle液滴Droplet气泡Bubble注意连续相、离散相不是固定对应某一种物质。连续相、离散相描述的是存在方式不是物质类别。例如空气喷雾、水中气泡、泥浆等。1.2.3 按流型Flow Pattern分类回答的问题各相在空间中的分布形态是什么流型主要用于气液两相流。常见流型英文中文特点Bubble Flow气泡流连续液体中分散小气泡Slug Flow段塞流活塞流大气泡几乎占满管径Churn Flow翻腾流气液剧烈混合Annular Flow环状流气体居中液体附壁Stratified Flow分层流气液上下分层Wavy Stratified Flow波状分层流分层界面产生波动Mist Flow雾状流连续气体中分散液滴流型描述的是长什么样不是如何计算。例如分层流可以用VOFEulerian都可以。不是看到分层流就一定是 VOF。1.2.4 按数学描述方法分类回答的问题计算机如何描述这些相只有两种思想。欧拉描述Eulerian每个空间位置固定。研究每个位置有什么。得到压力速度温度体积分数FluentVOFMixtureEulerian都属于欧拉思想。拉格朗日描述Lagrangian跟踪单个粒子运动。研究每个粒子去了哪里。得到轨迹停留时间撞击位置沉积位置FluentDPM 属于欧拉-拉格朗日方法。1.2.5 按 CFD 模型分类回答的问题Fluent 使用什么模型求解模型核心思想适用对象VOF界面追踪自由液面、分层流Mixture混合介质中低浓度混合流Eulerian各相独立求解高浓度多相流DPM粒子轨迹稀疏颗粒、液滴、气泡注意这是软件实现不是物理分类。1.2.6 五种分类之间的关系很多教材容易把下面这些概念放在同一级气液流 粒子负载流 VOF Bubble Flow DPM实际上它们分别属于不同层次。例如空气喷雾可描述为空气喷雾 │ ├── 相态 │ 气液两相流 │ ├── 相存在形式 │ 空气连续相 │ 液滴离散相 │ ├── 流型 │ 液滴流Droplet Flow │ ├── 数学描述 │ 欧拉-拉格朗日 │ └── Fluent模型 DPM再例如河流河流 │ ├── 相态 │ 气液两相流 │ ├── 相存在形式 │ 水连续相 │ 空气连续相 │ ├── 流型 │ 分层流 │ ├── 数学描述 │ 欧拉 │ └── Fluent模型 VOF可以看到同一个工程问题可以同时拥有五种不同的分类标签它们互不冲突。Fluent 对应关系Fluent模块对应理论MultiphasePhase相VOF欧拉描述 界面追踪Mixture欧拉描述 混合介质Eulerian欧拉描述 多流体模型DPM欧拉-拉格朗日描述常见错误❌ 气泡流就是 VOF。错误。气泡流是一种流型VOF 是一种数值模型。大型气泡通常适合 VOF小气泡则常用 Eulerian 或 Mixture。❌ Particle-Laden Flow 就是 DPM。错误。Particle-Laden Flow 是物理现象DPM 是模拟方法。同一种粒子负载流可采用 DPM、Eulerian、Mixture 或 CFD-DEM 等模型。❌ 气液流就是 Bubble Flow。错误。Bubble Flow 只是气液流的一种流型气液流还包括段塞流、环状流、分层流、雾状流等多种流型。❌ VOF、Mixture、Eulerian 是三种不同的多相流。错误。它们都是描述多相流的数学模型并不是三种不同的物理现象。本节结论多相流至少有五种常见分类方式按相态、按存在形式、按流型、按数学描述、按 CFD 模型。每种分类回答的问题不同不能混用。VOF、Mixture、Eulerian、DPM 都属于数值模型不是多相流的分类。