多相流模拟是指所模拟的流体流动中同时包括了气、液、固(颗粒)三种物质形态中的2种或2种以上形态的类型，流动模拟更为复杂。我司在这方面较有经验，以下为3个不同类型的多相流模拟案例。

一、喷雾模拟

在流动气体中设置喷嘴，并喷射特定液体以雾化气体相从而实现特定的工艺目标，在流体设备中是很常见的。

液体以液膜形式离开喷嘴并最终破碎成液滴，之后液滴在气流中行进将受到气体拽力、重力、升力、布朗力和蒸发传热等的共同作用，同时高雷诺数气流中的湍流涡团也会对雾滴轨迹有强烈影响。

另一方面，喷雾液体相的动能和重力势能也会反过来影响原来的气流分布；虽然喷雾液滴在整个气体空间所占体积比重很小，但单位体积内的质量比重一般会达到一定数量级，尤其是在喷嘴附近区域，这些将足以改变原来单相气流的原始分布。

同时考虑了以上两点的流场计算，称为“气液两相耦合”。

本案例为某船用柴油机尾气SCR脱硝设备的氨水喷雾模拟, 设备布置见以下各图。设备中部为2层催化剂层，左侧为柴油机尾气进口，进口转到直段以后设置整流装置，整流装置后方为氨水喷嘴，沿管道轴向喷射，雾滴出口粒径180μm。

以下各图的模拟结果, 依次气体速度场、气体温度场、雾滴粒径分布图、雾滴浓度场，这些已足以反映出前述“气液两相耦合”中强调的两相之间相互作用、相互影响的趋势。

<气体速度场>- 纵向截面

<气体温度场>- 纵向截面

<雾滴粒径分布图>- 颜色代表粒径大小

<雾滴浓度场分布> -纵向截面

下面的视频，是上图的“雾滴分布浓度场”随时间动态变化的过程；通过这个过程，我们可以更直观地了解雾滴相-主浓度区的运动、逐渐蒸发、消亡的过程。

<车用scr-雾滴浓度场分布>-动态视频

二、气固耦合模拟

   　气固两相流在工业领域内广泛存在，尤其是在热能、环保、矿山、冶炼等重工业行业中常常影响到工艺核心技术的形成。我们对实施这类复杂的关联模拟有足够的经验，希望能为客户解决相关的困惑。

固体相要在气流中形成稳定分布，其存在基本都是以细微的颗粒形式，粒径大小有时分布会很宽广，小至微米级大到毫米级；固体颗粒在气流中行进，将受到气体拽力、重力、升力、壁面磨损和颗粒碰撞等的共同作用，同时高雷诺数气流中的湍流涡团也会对颗粒轨迹有强烈影响。

另一方面，固体颗粒相的动能和重力势能也会反过来影响原来的气流分布；虽然固体颗粒在整个气体空间所占体积比重很小，但单位体积内的质量比重一般会达到一定数量级，尤其是在固相入射口附近区域，这些将足以改变原来单相气流的原始分布。

同时考虑了以上两点的流场计算，称为“气固两相耦合”。

下图两图，为某一锅炉尾气半干法脱硫设备模拟的几何模型和考虑“气固两相耦合”灰循环浓度场模拟结果。气流从下方进入，从上方离开；灰颗粒相从文丘里变径管右上方进入，该处附近形成最高浓度区。颜色代表灰浓度值的大小，红色为最高，蓝色为最低，逐渐形成过渡。

           <几何模型>                                           <循环灰浓度场>- 中截面    

下面的视频，是上图的“循环灰浓度场”随时间动态变化的过程；通过这个过程，我们可以更直观地了解固体颗粒相主浓度区的运动、循环、堆积或逃逸的过程。

   <半干法脱硫-循环灰浓度分布>-动态视频        

   下面为该工况下，分别按考虑和不考虑“气固两相耦合”两种不同条件下，求解得的气体速度场。可见，两种模拟结果，进口和出口区气速分布大致相同，但塔内其他位置的流速则相差较大。考虑两相耦合的气流，进灰区域的气速明显受到高浓度灰场的压制，使得气流偏向左侧；而未考虑两相耦合的气流，向上的冲击方向是居中的。

                 <气体速度场>-未考虑两相耦合                          <气体速度场>-已考虑两相耦合          　 

三、灌注模拟

灌注是指另外一种类型的“气液两相耦合”。在这类模拟中，气相和液相各自本相物质基本都是连续的，而两相的主区域之间却因为重力原因各自处于空间分开的样态，两相之间有明确的边界。

本案例为一个圆柱形容器底部有一定高度的水，容器顶部侧壁接一进水小圆管，向容器内注水。具体模拟结果见下面两图：

<流体速度场>-中间截面

<气体体积份数分布>-中间截面

从<流体速度场>可见，上方液体下落，对空气和底部液体的重力冲击都是很明显的；液柱周围的空气，也被带动到较高的流速。

<气体体积份数分布>图中，蓝色区域代表纯液体区（气体体积占比0%）。可见，液相在高处的加注，使得两相之间的液面剧烈波动，两相之间相互强烈作用，而液面也会持续升高。液面的形态取决于灌注的流量、高差、液体的表面张力等因素。

下面的视频，是上图的“气体体积份数分布”随时间动态变化的过程；通过这个过程，我们可以更直观地了解灌注时液面的波动过程。

<柱形容器灌注-液面波动情况>-动态视频