[发明专利]一种泡状跨流型的全耦合群体平衡方法及系统

权利要求书

1.一种泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，包括：

基于两相流场的边界条件，获取所述两相流场的含气率、气泡群数密度以及流体物性参数；所述两相流场包括液相以及气相；所述流体物性参数包括密度以及粘度；

根据所述含气率以及所述气泡群数密度确定所述两相流场中的气泡体积，并根据所述流体物性参数确定变形临界体积；

根据所述气泡体积以及所述变形临界体积确定气液两相流的流型；所述气液两相流的流型包括泡状流流型以及湍流搅拌流流型；

根据不同的所述流型确定不同流型的气泡形状相关参数；所述气泡形状相关参数包括气泡形状直径以及界面面积密度；在所述泡状流流型中的气泡形状为球形气泡，在所述湍流搅拌流流型中的气泡形状为变形气泡；

根据不同流型的所述气泡形状相关参数以及所述两相流场的两相速度确定不同流型的相间力系数，并根据所述相间力系数构建相间动量传递模型；所述相间力系数包括曳力系数、虚拟质量力系数、侧升力系数、湍流耗散系数以及壁面润滑系数；

根据所述相间动量传递模型求解气液两相质量及动量守恒方程，更新所述含气率以及所述两相流场的两相速度，并根据不同流型选取气泡聚并破裂模型；所述气泡聚并破裂模型包括球形气泡聚并破裂模型以及变形气泡聚并破裂模型；

求解气泡群数密度传递方程，更新气泡群数密度，根据更新的气泡群数密度更新所述相间动量传递模型，并根据更新后的相间动量传递模型以及所述气泡聚并破裂模型确定气泡诱发液体湍流模型；

根据所述气泡诱发液体湍流模型求解气液两相湍流方程，更新两相湍流参数并预测所述泡状流至所述湍流搅拌流转变过程中的湍流参数场、速度场以及相场；所述两相湍流参数包括气相和液相的湍动能、湍流耗散率、湍流强度、湍流长度、湍流时间和湍流粘度。

2.根据权利要求1所述的泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，所述根据所述气泡体积以及所述变形临界体积确定气液两相流的流型，具体包括：

判断所述气泡体积是否小于所述变形临界体积，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述气泡体积小于所述变形临界体积，确定气液两相流的流型为泡状流流型；

若所述第一判断结果表示为所述气泡体积不小于所述变形临界体积，确定气液两相流的流型为湍流搅拌流流型。

3.根据权利要求2所述的泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，在所述泡状流流型中，所述气泡形状直径为：

其中，d_b为气泡直径；V_b为气泡体积；

所述界面面积密度为：

α_i1＝(36πnα_i²)^1/3；其中，α_i1为所述泡状流流型中液相或气相的界面面积密度；α_i为液相或气相的含气率；当下角标i为l时，表示液相；当下角标i为g时，表示气相；

在所述湍流搅拌流流型中，所述气泡形状直径为：

其中，D_b为气泡直径；

所述界面面积密度为：

α_i2＝(36πnα_i²)^1/3；其中，α_i2为所述湍流搅拌流流型中液相或气相的界面面积密度。

4.根据权利要求3所述的泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，所述相间动量传递模型为：

其中，F_i为总相间作用力模型，F_gl为气相在液相中的受力，F_lg为液相在气相中的受力；为曳力；为虚拟质量力；为升力；为壁面润滑力；为湍流耗散力。

5.根据权利要求4所述的泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，所述气液两相质量及动量守恒方程为：

其中，t为时间；α_i为液相或气相的含气率；ρ_i为液相或气相的密度；u_i为液相或气相的流度；g为重力加速度矢量；P'为气液两相共同的压力场；τ_i为应力张量。