解决气液两相流仿真难题，这款国产自主的流体力学仿真软件有哪些特色？

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工业软件作为 “工业制造的大脑和神经”，其重要性不言而喻。尤其是流体仿真板块，国产软件正在快速发展，打破国外技术垄断，由积鼎科技自主研发的通用计算流体力学软件VirtualFlow便是其中的引领者。这款自研软件聚焦多相流，尤其在气液两相流仿真方向，在复杂工业场景中为国内众多行业提供有效解决方案。

气液两相流：复杂而关键的流动现象

气液两相流，简单来说，就是气体和液体同时存在并相互作用的流动状态。这种看似常见的现象，实则蕴含着极高的复杂性。在气液两相流中，气体和液体的比例、流速、温度等参数时刻变化，它们之间的相互作用力，如摩擦力、表面张力等，使得气液两相流的行为难以预测。

在电力行业，电厂为提高循环热效率设置的给水加热器，其壳侧水位需维持在一定范围，而气液两相流的状态直接影响水位控制。在石油化工领域，反应塔内的气液反应过程、管道中的油气输送，都涉及气液两相流。不同的流型，如泡状流、弹状流、环状流等，对反应效率和输送安全有着重要影响。在航空航天领域，飞行器燃油流动也是气液两相流的典型应用场景，其流动状态直接关系到发动机的性能和可靠性。

VirtualFlow：气液两相流仿真的
得力助手

1. 强大的多相流模型

VirtualFlow 软件针对气液两相流的特点，提供了丰富且精准的多相流模型。对于界面流问题，它采用了 VOF和 Level Set 方法。VOF 方法能够清晰地追踪气液两相的界面，通过计算每个网格单元内气相和液相的体积分数，准确描述界面的位置和形状变化。Level Set 方法则是将界面表示为一个符号距离函数，在处理复杂界面变形和拓扑变化时具有独特优势，能够更精确地捕捉气液界面的动态演化。

在混合流问题上，VirtualFlow 提供基于欧拉 - 欧拉体系的均相模型。该模型将气液两相视为一种均匀混合的介质，通过求解混合相的守恒方程，来模拟气液混合流动的整体行为。这种模型在处理气液充分混合、相间差异较小的情况时，具有计算效率高、结果准确的优点。

而对于离散相流体问题，软件采用欧拉 - 拉格朗日模型。在这个模型中，连续相采用欧拉方法进行描述，而离散相则通过拉格朗日方法追踪每个颗粒的运动轨迹。这样可以详细地分析气泡在液体中的运动、碰撞、合并等过程，为深入研究气液两相流的微观机制提供了有力工具。

2. 先进的相变模型

气液两相流中常常伴随着相变现象，如蒸发和冷凝。VirtualFlow 提供了先进的相变模型，包括直接相变模型和基于经验公式的相变模型。这些模型均经过大量的实验验证，稳定可靠。

在直接相变模型中，软件直接求解相变过程中的物理方程，考虑了相变潜热、质量传递等因素，能够精确地模拟气液界面处的相变过程。基于经验公式的相变模型，则是结合了大量实验数据总结出的经验关系，在保证计算精度的同时，提高了计算效率。用户可以根据实际工况的特点和需求，灵活选择合适的相变模型，快速进行相关计算分析。

3. 高效的网格技术

网格划分是 CFD 仿真中至关重要的一步，其质量直接影响计算结果的准确性和计算效率。VirtualFlow 采用了浸入表面网格技术（IST）。它将固体浸入网格区域内，能够自动识别流固边界，大大简化了网格生成的过程。而且，该技术支持生成笛卡尔网格，固定的四边形或六面体网格，有效提高了网格质量。同时，它还能满足自定义区域加密、边加密以及块加密（BMR）等多种自定义网格加密需求。

对于复杂的几何体，IST 网格技术表现出了强大的前处理能力。通过导入 CAD 文件，即可自动生成结构化网格，并且可根据分析需求对模型分块及局部加密。在保证精度的前提下，避免了前处理部分大量重复性工作，从而更加适合耦合传热与运动物体的计算需求，为气液两相流仿真提供了高效、高质量的网格基础。

VirtualFlow 在气液两相流领域的
应用实例

1. 环路热管相变换热模拟

环路热管结构紧凑，在面对长距离以及多点复杂的高热流密度热源的散热现象时，普通测量设备难以精确测量相变过程的温度、速度等参数变化，且试验周期长、费用高。积鼎科技基于 VirtualFlow 软件，为其提供了环路热管相变换热整体解决方案。

软件通过对两相流动的毛细力和沸腾换热、冷凝换热的研究，完善了相关的求解算法和物性参数库。在模拟过程中，能够精确地模拟吸液芯的毛细现象、蒸发管的沸腾、冷凝器的冷凝等复杂现象。

2. 核岛内管道两相流模拟

核岛内管道复杂，高温液体在其中高速流动，当液体与壁面接触时，剧烈的沸腾现象产生，气泡不断生成、长大并脱离壁面，形成复杂的气液两相流场。此过程中的相变现象对管道的热传递效率及设备的稳定性起着决定性作用。

VirtualFlow 的多相流模型能精准捕捉气液界面的动态变化，其直接相变模型考虑了相变潜热、质量传递等因素，可精确模拟壁面沸腾过程。成功预测了壁面处的热通量分布、气含率等关键参数。

3. 石油天然气领域的应用

在石油天然气行业，在油气生产与输运环节，管道内的气液两相流情况复杂。通过 VirtualFlow 软件的混合流模型和 LevelSet 界面追踪技术，能够准确预测泡状流、弹状流、环状流和雾状流等不同流型，为管道运输工艺的优化提供了数据支持。

在深海油气泄漏模拟中，结合水合物模型，VirtualFlow 能够精准再现水合物的生成、扩散及堵塞过程，为深海油气采集的安全性分析提供了重要参考。在关键设备优化方面，如卧式三相分离器的设计，VirtualFlow 采用 LevelSet 模型结合非牛顿流体模型，清晰呈现油、气、水三相流的分离过程，帮助工程师优化分离器的结构和操作参数。

来源：多相流在线

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首次发布时间：2025-03-12

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