【多相流】基于Front-Tracking类型方法模拟2D气液多相流附Matlab代码

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🔥 内容介绍

在化工反应、石油开采、等诸多工程领域中，气液多相流现象广泛存在，其流动特性对系统性能和效率有着关键影响。准确模拟气液多相流，有助于深入理解复杂流动过程，优化工程设计。Front-Tracking 类型方法作为一种强大的数值模拟手段，通过显式追踪气液界面，能够精确捕捉界面的动态变化，为 2D 气液多相流的研究提供了有力工具。本文将详细介绍基于 Front-Tracking 方法的 2D 气液多相流模拟技术。

一、多相流研究背景与意义

多相流是指两种或两种以上不同相态的物质共同流动的现象。气液多相流作为多相流的重要分支，在自然界和工业生产中随处可见，如大气中的云形成过程、工业管道内的气液输送等。由于气液两相的物理性质（如密度、粘度、表面张力等）差异显著，且界面在流动过程中不断变形、破裂和合并，使得气液多相流的研究极具挑战性。

准确模拟气液多相流能够帮助工程师和科研人员：

1. 优化工业设备设计：在石油化工领域，通过模拟气液多相流在反应器、分离器中的流动情况，可优化设备结构，提高分离效率和反应转化率；

1. 保障安全生产：在油气输送管道中，研究气液多相流的流动特性，有助于预测和防止气液分层、段塞流等不稳定流动现象，避免管道堵塞和压力波动引发的安全事故；

1. 推动科学研究：为理解气液界面现象，如气泡的生成、上升、破裂等提供理论依据，促进多相流基础理论的发展。

二、Front-Tracking 方法原理

（一）基本概念

Front-Tracking 方法的核心思想是显式地跟踪气液界面的运动。在该方法中，气液界面被视为一个几何实体，通过一组拉格朗日标记点进行描述。这些标记点随着界面一起运动，能够准确记录界面的形状和位置变化。同时，整个计算区域采用欧拉网格进行离散，用于求解流体的控制方程（如 Navier-Stokes 方程）。通过拉格朗日标记点和欧拉网格之间的数据传递，实现对气液多相流的精确模拟。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% store the old variables for second order scheme

function[face, fluid, bubble] = store_old_variables(domain, face, fluid, bubble)

face.u_old = face.u;

face.v_old = face.v;

fluid.rho_old = fluid.rho;

fluid.mu_old = fluid.mu;

for n=1:domain.nbub

bubble(n).x_old = bubble(n).x;

bubble(n).y_old = bubble(n).y;

end

end

🔗 参考文献

[1] 高松巍,马健,杨理践.基于BP神经网络的多相流计量方法的研究[J].仪表技术与传感器, 2009(11):3.DOI:10.3969/j.issn.1002-1841.2009.11.026.

[2] 梁润红.多孔介质中不可压多相流模拟的改进IMPES算法[D].贵州大学,2021.

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