气-液-固三相流混合建模与求解方法

摘要

气-液-固三相流混合过程是一个复杂的多重流固耦合动力学问题,颗粒参数与流道物理空间尺度之间的关系直接影响计算收敛性,强剪切区域的流固双向耦合作用数值建模与网格处理具有较高难度.针对上述问题,提出了一种气-液-固三相流混合的建模与求解方法.基于流体体积-离散单元耦合模型,建立考虑颗粒运动的三相动力学模型,通过求解动量方程,实现两相流体与颗粒的双向耦合.自主开发用户自定义函数(UDF)通信接口,得到流体与颗粒间的相互作用力,提出了一种多孔相间耦合解法来描述颗粒运动轨迹.以带强剪切的三相流混合过程为例,使用该方法研究了不同充气条件对流道物理空间内自由表面、速度分布和颗粒悬浮特性的影响规律.结果表明,强剪切和壁面作用可以将流体的切向速度转化为轴向和径向的速度;选择合适的充气速度可以消除自由液面的不稳定性;增加流体的流动速度,对于部分区域颗粒的悬浮提升作用有限.研究结果可为复杂多相流相间作用机理研究提供有益借鉴,也可为气-液-固三相颗粒混合生产调控提供技术支持.