多相流仿真应用与展望（下篇）深度剖析

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翻译：赵亚上海安世亚太CFD高级应用工程师

文章发布：上海安世亚太官方订阅号（搜索：PeraShanghai）

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编者按

上周我们谈到多相流的分类及仿真方法，如果大家记忆有些模糊的话，点此链接来回忆上篇内容吧！接下来作者会进行案例分析和行业解决方案解析，展示ANSYS在多相流仿真领域的运用。

多相流仿真展望

即使当今多相流仿真功能已经十分强大，但是工程师仍在努力推进多相流仿真的边界。

他们将融入并模拟更多的物理模型：物化反应、运动物体、高速、尺寸变化、相变和热交换，并解决更大规模物理系统的问题。例如，一家能源生产商对油水重力分离器进行了模拟，网格总数超过10亿个单元。

除了石油和天然气，化工、电力、汽车、航空航天和海工装备等工业领域也在更多地应用多相流模拟。

例如，泳装生产厂商Speedo应用多相流模拟优化护目镜设计。相比于游泳者体型，液滴尺寸非常小，护目镜模拟需要高精度网格捕捉液滴作用力。水膜厚度至少需要10个网格单元解析计算，进而导致网格总数急剧增加。

▲ Speedo应用多相流模拟设计高性能泳镜，由Speedo提供。

多相流仿真案例分享：全自动洗碗机

为了优化全自动洗碗机的能量使用效率和用水量，工程师运用多相流和多物理场模拟多种流型变化：从旋转臂上的喷嘴喷出的射流、射流飞溅在餐具上形成水膜、液膜或水滴从餐具上滑落以及旋转臂下的积水过程。

他们使用ANSYS Fluent的拉格朗日方法模拟了水喷射流以及液滴从旋转喷射臂到餐具的完整运动过程。

■ 拉格朗日液膜模型准确模拟了喷射水流冲击餐具形成薄膜的过程，并可计算薄膜厚度、覆盖率以及其受喷射臂设计因子的影响。

■ VOF模型用于模拟重力引起的流动以及液膜和液滴滑落到洗碗机底部积水池的过程。

■ 蒸发和冷凝模型模拟了干燥过程。

全自动洗碗机的多相流模拟只是其完整的多物理场系统仿真的一部分，完整仿真流程还包括：ANSYS SpaceClaim快速创建初始模型和多种替代设计模型；ANSYS Mechanical进行线性和非线性仿真，以流致振动、噪音和疲劳性能为目标，优化结构设计；ANSYS Electronics and Systems提供电机、控制显示和传感器相关解决方案。