VirtualFlow | 气液两相环状流中液滴夹带及分离模拟

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气液流多出现在各种工业过程中，特别是在石油工业中，混合气体与液体（例如轻质及重质油、水合物、冷凝物）一起生产并运输。管内气液两相的流量、物性，以及管道的尺寸、布置方式等不同，使得气液两相流中存在着不同的流型。

当气相速度较高而液相速度较低时，常常出现环状流。气相速度增大到一定值，液体会被挤向周围的管壁面，而形成环绕管周的一层液膜沿管壁流动，而气相在管子中心流动，称为气芯。液膜中部分液体在气相作用下以液滴形式离开液膜进入气相，即发生液滴夹带。液滴的产生与气液两相界面波的运动有着密切的联系。目前, 国内外学者对环状流内夹带液滴产生机理开展了广泛研究, 普遍认为环状流内夹带液滴产生方式主要为界面波气流剪切夹带。

在环形界面管流中，壁面液体层可能会受到在气芯中液滴分离和分散的影响，并且在水平流动情况下，由于重力影响导致较显著的相分布不均匀，流道下部的液膜较上部会厚，流型组合也会比垂直流动时复杂。以下采用VirtualFlow模拟环状流气液两相环状流中液滴夹带及分离过程。

首先，在气液两相流管道中，重现气液两相环状流中液滴的夹带和分离。

计算域及流动条件：

管道长度为5m，直径为0.5m，该管道为低水深，即 h_L/D = 0.14。流体注入速度为0.2m/s，空气注入速度为20m/s，湍流状态雷诺数 ReG = 1.6×10⁵。

分隔板放置在气液两相入口的初始段的16cm范围内，从而有助于流量的发展以及避免由于两相入口条件引起的问题。

采用VirtualFlow进行网格划分，计算区域划分为160万个网格单元，在所有方向上都有1cm的规则网格（沿管道长度方向网格数为580，管道横截面网格数为58x54），如图1。