基于LES-DPM方法的竖直圆管泡状流流动模拟

摘要

气泡在泡状流中的运动与分布情况对液相的流态、压强和传热特性有着显著影响,且数值模拟已成为研究气液两相流流动规律的重要手段.采用大涡模拟(LES)和离散相模型(DPM)模拟竖直圆管泡状流,计算中考虑了水流和气泡的相互作用,气泡受力包括浮力、阻力、虚拟质量力和压强梯度力.主要结论:验证网格尺寸表明,主流向网格尺寸是气泡平均直径的1.25倍时,流速计算值与实验值吻合最好;当圆管直径小于100mm,壁面效应明显时,需重视亚格子模型的选取和边界层的处理;气泡群运动是造成两相间强烈湍动及速度分布变化的主要原因.计算还获得了不同表观液速与气体体积流量下,竖直圆管内气泡群运动规律、液相时均速度和气相瞬时速度分布情况,验证了大涡模拟结合离散相模型是一种较为有效的泡状流模拟方法.LES-DPM可以用来计算稀疏泡状流的速度、湍动强度、气泡运动规律等,但需谨慎划分网格大小、选取亚格子模型、添加附加作用力.