Search

The physics of multiphase flows, mathematical models of homogeneous and heterogeneous flows are considered in this work. The state of modern computational fluid dynamics and possibilities of modern engineering packages for computer modeling are analyzed. There are two approaches that can be used to model multiphase flows: distributed flow models and dispersed models. The possibilities of configured physical interfaces of the Comsol Multiphysics package, which implement methods of modeling multiphase flows, are considered: systems of equations embedded in them, their possibilities and limitations, areas of application, accuracy of interphase boundary position determination, possibility of turbulence modeling. The directives of a model choice of a multiphase flow depending on the set task are formulated. The problem is set and a dispersed model is built to study the mixing of the liquid in a closed container when injecting the gas phase from below, using the Bubble Flow interface of the Comsol package. The stages of setting up the physical interface, setting the initial and boundary conditions, construction of the calculation grid are described. The physical process was studied on the basis of the obtained results: diagrams of the volume concentration of the gas phase and diagrams of the modulus of velocity of the liquid phase with flow lines. The conclusion is made about the formation of a circulating flow with a large area of ​​circulation inside and vortices of Maffat reverse circulation in the corners. The flow pattern, the time of flow transition to the steady state, possible zones of fluid stagnation are determined., В работе рассмотрена физика многофазных течений, математические модели гомогенных и гетерогенных течений. Проанализировано состояние современной вычислительной гидродинамики и возможности современных инженерных пакетов прикладных программ для проведения компьютерного моделирования. Выделено два класса подхода, которые могут быть использованы для моделирования многофазных течений: модели распределенных течений и дисперсные модели. Рассмотрены возможности сконфигурированных физических интерфейсов пакета Comsol Multiphysics, реализующих методы моделирования многофазных течений: системы уравнений, которые в них заложены, их возможности и ограничения, области применения, точность определения положения межфазной границы, возможность моделирования турбулентности. Сформулированы директивы выбора модели многофазного течения в зависимости от поставленной задачи. Поставленна задача и построена дисперсная модель для исследования перемешивания жидкости в замкнутой емкости при инжектировании газовой фазы снизу, используя Bubble Flow интерфейс пакета Comsol. Описаны этапы настройки физического интерфейса, постановку начальных и граничных условий, построение расчетной сетки. Исследован физический процесс на основе полученных результатов: диаграмм объемной концентрации газовой фазы и диаграмм модуля скорости жидкой фазы с линиями тока. Сделан вывод об образовании циркуляционного течения с большой областью циркуляции внутри и вихрями обратной циркуляции Маффата в углах. Определен характер течения, время перехода течения к стационарному состоянию, возможные зоны застоя жидкости., В роботі розглянута фізика багатофазних течій, математичні моделі гомогенних та гетерогенних течій. Проаналізований стан сучасної обчислювальної гідродинаміки та можливості сучасних інженерних пакетів прикладних програм для проведення комп’ютерного моделювання. Виділено два підходи, які можуть бути використані для моделювання багатофазних течій: моделі розподіленої течії та дисперсні моделі. Розглянуто можливості сконфігурованих фізичних інтерфейсів пакету Comsol Multiphysics, що реалізують методи моделювання багатофазних течій: системи рівнянь, що в них закладені, їх можливості та обмеження, галузі застосування, точність визначення положення міжфазної границі, можливість моделювання турбулентності. Сформульовані директиви вибору моделі багатофазної течії в залежності від поставленої задачі. Поставлена задача та побудована дисперсна модель для дослідження перемішування рідини в замкнутій ємності при інжектуванні газової фази знизу, використовуючи Bubble Flow інтерфейс пакету Comsol. Описано етапи настроювання фізичного інтерфейсу, постановку початкових та граничних умов, побудову розрахункової сітки. Досліджено фізичний процес на основі отриманих результатів: діаграм об’ємної концентрації газової фази та діаграм модуля швидкості рідкої фази із лініями течії. Зроблено висновок про утворення циркуляційної течії із великою областю циркуляції всередині та вихорами зворотної циркуляції Маффата у кутах. Визначено характер течії, час переходу течії до стаціонарного стану, можливі зони застою рідини.