混相流

流体シミュレーションでは、沸騰、キャビテーション、分散混相流、不混合流、微粒子を含有する流れなどの混相流を含む可能性があります。ANSYS CFDは、広範囲の洗練された乱流モデルと物理モデルを提供して最も困難な課題を正確にシミュレーションするため、製品の性能について信頼できる予測を行うことができます。

多くの流体シミュレーションは混相流を含みます。超高速輸送を設計し、着氷の蓄積を無効にする必要がある場合、血中酵素試験を開発している場合、希少金属複合粉体を提供し、追加製造のために溶融している場合、またはろ過システムを設計して、遠隔地に清潔な飲料水を提供している場合、これらはいずれも、混相流問題を解決しようとしています。

製品とプロセスを改善するために限界を押し上げるにつれて、液体、固体、気体がどのように相互作用するかについてより良い理解を獲得していく必要があります。これらさまざまな混成課題はそれぞれ、異なるモデリングアプローチが必要です。当社の顧客は、ANSYS CFDを40年以上使用して、広範囲の正確な混相流モデルを実現し、製品性能の信頼できる予測を行っています。製品を本当に理解するために、混相流シミュレーションを適切に取得しなければなりません。

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すべてのユーザーは、高精度な混相流シミュレーション結果を取得できます

Fluentの効率的なワークフローでは、初心者ユーザーもエキスパートユーザーも、複雑な混相流シミュレーションを設定できます。単一のタブ付きパネルにより、混相設定は論理的な手順ごとのフローに整理されるため、時間を節約できます。ベンチマークの気体-流体パイプフローシミュレーションでは、設定は25%速くなり、ソフトウェアに分散した17か所にアクセスする必要がなくなりました。

Fluent AIADモデルでは、複雑な混相形態変化を正確にシミュレーションできます

継続的な層別化フローと分散フローとの間の変化のモデル化は、一般的に困難です。これは、原子炉、石油パイプライン、ガスパイプライン、蒸気発生器、冷凍設備、還流冷却器、充填カラム、ヒートパイプで頻繁にみられます。

Fluentの代数的インターフェース界面積密度(AIAD)モデルでは、フロー形態に応じて、界面に沿ってドラッグ面積と界面面積の差が確認されます。第3相を追加すると、物質移動メカニズムを取得し、連続相を分散相に(同調化による)、分散相を連続流体相(吸収による)に分解して精度を高めることができます。

AIADモデルでは、ポピュレーションバランスモデルが組み合わさると、気泡または液滴の詳細液滴サイズ配分が提供されます。この組み合わせは、加圧水型原子炉で冷却剤が失われた状況など、安全が重要な用途に最適です。Fluentモデルでは、自由表面での界面の不安定に関連したサブグリッドスケールの乱流が確認されて、逆流現象の制限または浸水によって効果的な冷却が妨げられることが正確に予測されます。

底の浅い容器はなぜスロッシングするのか

過酷な負荷の不安定性を避けるために、エンジニアは通常、厳密な設計要件を直視して、タンクローリーやロケットなどのコンテナーを移動する際に液体のスロッシングを制御します。これらのアプリケーションでは、設計者が通常、内部に調節板か、類似の構造物を挿入して、液体の流れを妨げます。液体のスロッシングに関係する他のアプリケーションは、港湾設計か、または長い波長の津波波形の調査を含みます。これらすべての場合において、シミュレーションは、スロッシングを予測する際や問題の解決方法を評価する際に重要な役割を演じます。


Alexはスロッシングの実演を支援します。解析では、最初のスロッシングモードが1.6Hzであることを示しています。
ボウルが共鳴して、内容物をあふれさす周波数。

スロッシングの例は、水で満たした犬用のボウルの運搬です。ボウルの中で、液体が左右にあふれ出る傾向にあり、実際よくあふれ出ています。この自由表面流の混相流シミュレーションは、この挙動が起こるのは、ボウルの最初のスラッシングモードが約2Hzであるためであることを示します。2Hzは、この望まない共鳴を励起する典型的な人間のステップ周波数です。グラス1杯の水に対して解析を反復することにより、最初のスラッシングモードが4Hzであることが明らかになり、これにより、水のグラスがボウルに比べあふれ出にくい理由も明らかになりました。これらのシミュレーションでは、構造壁を剛体と仮定しています。エンジニアは、ANSYSソフトウェアの流体-構造連成(FSIアプリケーションページへのリンク)機能を用いた反応器格納構造などの弾性車両におけるスロッシングを調査することもできます。
執筆:Marold Moosrainer、CADFEM

ANSYS混相流機能を参照する