垂直环空内气液两相流多尺度算法及模拟研究

摘要

为深入探究垂直环空内气液两相流动规律，通过集成Tomiyama曳力与升力模型、碰撞聚并模型以及离散气泡模型到流体体积法(DBM-to-VOF)的转换算法，在OpenFOAM框架下开发了DBM-VOF多尺度耦合求解器，并通过系列典型算例验证了其准确性与有效性。基于该求解器，对垂直环空内气液两相流进行数值模拟，识别了泡状流、弹帽流、段塞流和搅拌流4种典型流型，并构建了气液两相流型图。研究结果表明：泡状流含气率曲线波动平缓，其概率密度函数(PDF)曲线呈狭窄陡峭的单峰结构；弹帽流含气率曲线波动较大，PDF曲线为单峰结构且在较高含气率区域形成宽尾；段塞流含气率曲线呈周期性剧烈波动，PDF曲线为双峰结构；搅拌流含气率曲线呈现周期性大振幅波动，其均值显著高于其他流型，PDF曲线在高含气率位置为单峰，并在低含气率区域形成宽尾。所建立的流型图与前人实验结果基本吻合，但在一定表观液速下，建立的流型图中段塞流向搅拌流转换所需的表观气速更低。该研究为垂直环空内气液两相流动的机理研究提供新的数值工具，并为相关工程应用中的流型预测与优化提供理论支持。

关键词

垂直环空 / 气液两相流 / OpenFOAM框架

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2022YFF0503500); 国家自然科学基金资助项目(12072257)