2017年3月16日至3月19日，教师发展中心派张忠松参加了“多相流模拟FLUENT高级专题”培训班，以下是张忠松的培训总结：

这次培训是在北京市中国林业大学学研中心进行的。其中，主讲专家是流体专业国家重点实验室及高校等科研机构的高级专家，长期从事流体领域国家重点项目研究，精通Fluent仿真软件，拥有丰富的科研及工程技术经验，具有资深的技术底蕴和专业背景。

培训期间，先后学习了多相流模拟概述、离散相DPM模型及其综合应用专题、VOF多相流模型及其应用专题、Mixture多相流模型及其应用专题、Euler欧拉多相流模型及其应用专题和ICEM网格划分软件、多相流模拟相关UDF应用、多相湍流模拟专题、多孔介质流动及化学反应模拟专题等，并在与指导专家进行了工程经验交流。在这4天的培训生活中，我的感受很多，收获也很大，以下从几个方面总结此次培训。

　　一、知识理论方面

　　(1)对FLUENT软件的认识。FLUENT是通用CFD（计算流体动力学）软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。目前与FLUENT配合最好的标准网格软件是ICEM。

　　(2)对FLUENT软件的模型的学习。在FLUENT软件中提供多个物理模型求解流体分析问题，针对多相流主要提供DPM、VOF、MIXTURE和EULAR模型求解。在实际使用中应根据各自的情况选取模型，其中应考虑的因素有，各相的体积分数、斯托克斯数、各相的状态等。其中，适合颗粒流的模型：离散相模型 (DPM)、混合模型、欧拉多相流模型；适合有分界面的模型：VOF模型。

(3)关于DPM模型。是唯一的lagrange方法，是唯一具有可操作离散相所有特征变量的模型，可用于追踪离散粒子。具体适用情况如下：

l 流态: 气泡流, 液滴流, 粒子流

l 体积载荷: 必须是稀疏型 (体积率 < 12%)

l 粒子载荷: 少量到适中

l 湍流模型: 相间的耦合从弱到强

l Stokes数: 所有 Stokes数

应用举例：旋风分离器、喷雾干燥器、粒子的分离和分类、液体燃料、煤粉燃烧

(4)关于VOF模型。 VOF方法用来跟踪两种或更多不相容流体的界面位置。考虑了表面张力和壁面粘性效应；相是可压的，可以为混合物。具体适用情况如下：

l 流态： 活塞流，分层/自由表面流

l 体积载荷： 稀疏型到密集型

l 颗粒载荷: 从低到高

l 湍流模型 : 相之间的作用从弱到中等

l Stokes数： 所有

应用举例：灌浆（ Filling ）；近海岸隔离物的浮动（ Offshore separator sloshing ）；沸腾（ Boiling ）；涂层（ Coating ）

(5)关于MIXTURE模型。混合模型是一种建立多相流模型的简化欧拉方法。简化的基础是假设 Stokes数非常小 (粒子和基础相的速度大小方向基本相同)。具体适用情况如下：

l 流域: 气泡, 液滴和 泥浆流

l 体积载荷: 稀疏到中等密度

l 颗粒载荷: 低到中等

l 湍流模型: 相间的耦合较弱

l Stokes数: St < < 1

应用举例：水力旋流器；气泡柱状反应堆；固体悬浮液；气流喷射

　　(6)关于欧拉模型。欧拉多相流模型基于平均N-S方程，可以计算任意粒子和连续相物质。提供了附加的模型（湍流模型等）。具体适用情况如下：

l 流态： 气泡流, 液滴流, 泥浆流, 流化床, 粒子流

l 体积载荷： 稀疏－稠密

l 颗粒载荷： 低到高

l 湍流模型： 相间的耦合从弱到强

l Stokes数 ： 所有

应用举例：高浓度粒子流；泥浆流；沉淀；水力运输；流化床；反应堆

（7）关于各模型的综合选用原则学习。各模型的选择是基于流动形态、体积载荷、粒子载荷、湍流和Stockes数来选择合适的模型，具体情况如下：

l 使用VOF模型模拟自由表面流和层流。

l 使用欧拉粒状模型模拟高浓度粒子载荷流。

l 按Stokes数从低到中，可以对粒子载荷流进行分类：

n 如果St > 1, 混合模型不适用，但是我们可以使用DPM或者欧拉方法。

n 如果St< =" 1, 所有模型都适用，这时就需要考虑计算速度和其它的因素。

l 降低松弛因子可以更好的求解相方程之间的强耦合问题。

l 用户应该了解各种模型的局限性和适用性，以便进行选择。

二、与本校机械专业结合方面

FLUENT软件在很多方面可以实现与机械专业的结合。本校机械专业目前定位为工程机械，其工作环境，零件自身都与流体有极为密切联系。具体如下：

l 科研方面，

2 用于流体与机械的热交换模拟；

2 流体作用于机械的剪力模拟分析；

2 用于金属切削过程的流体润滑与散热模拟分析，特别地，对于高速切削的润滑方式的选择对比，切削流与工件刀具的相互作用等等具有重要应用意义；

2 对于高空作业机械，可以模拟在承受较大风力作用下的设备承受剪力状态进行模拟分析。

l 教学与就业方面，该软件可以对当前学生知识结构进行补充，使得毕业生可以面向液压机械类企业就业的能力。当前，我校毕业生在液压方面能力较为欠缺，特别是对流体的分析需要很多基础知识，该软件可以实际上弥补基础知识的不足，增强学生对流体分析的工作能力。甚至于，在当前学生的知识体系基础上，只需加开2门课程（流体分析+本软件教学），即可使学生直接面向流体机械行业的设计与分析领域具有就业竞争力。

l 就产品设计方面，

2 可以实现流体机械设计的优化，流体工作环境下的产品参数优化，工业优化等，如旋风分离器，空气净化器设计；

2 就工作对象，工程机械必然面临流体环境，如，河道淤泥、地下设施的挖掘等；

2 液压、气压元器件广泛存在于工程机械中，它们的工况模拟可以极大降低试验费用等。

三、与本校其他专业结合方面的初步思考

FLUENT在建筑类专业大有用武之地，由于大多数建筑、设备都要处在空气、流水、泥沙等多相流体的工作环境，使得流体分析具有重要意义。以下就一些专业方向，粗略考虑了可能应用的模拟：

l 建筑设计而言，由于空气本身即为流体，可以分析

2 室内设计的空气流通效果，模拟空气流速，温度分布变化，进而有针对改善室内空气循环和保温、散热等；

2 就室外而言，模拟分析楼宇间的空气流速分布，高楼风等问题模拟；

2 模拟分析沙尘、空气中的颗粒污染物对建筑表面的侵蚀作用；

2 模拟分析不同建筑外形下，不同材质下，建筑物表面的热量交换，利于北方建筑的保暖。

l 土木、地下空间施工而言，可以分析

2 施工过程中流体对设备的作用模拟

2 面向多相流体的施工工艺优化

2 流体对建筑物的侵蚀效果模拟

2 混凝土喷射工艺的模拟与优化分析

2 隧道的通风与防尘模拟与优化

2 施工中，地下水的速度、压力的模拟与控制

l 交通、道路桥梁与渡河施工、设计维护而言，有

2 模拟分析不同水质对桥墩的侵蚀

2 模拟分析道桥、隧道的流体作用，为重点维护提供依据

l 建筑环境与能源应用、给排水而言，有

2 室内暖气、空调的热量交换模拟，热源布置优化

2 通风管路中颗粒流的追踪模拟

2 暖气、燃气管路内压力分布模拟，管路设计的优化

2 暖气内流体对管路的侵蚀模拟及其优化

2 暖气、燃气输送过程的模拟

2 给排水过程中的流体侵蚀、管路优化分析模拟

2 水污染的治理，物理沉降颗粒的模拟与优化

l 环境与安全方向而言，有

2 小范围内的污染物的扩散模拟

2 空气的净化除尘模拟分析

2 锅炉压力容器内部压力模拟

2 烟气的流动模拟分析

2 火灾模拟（反应）

l 材料专业而言，有

2 混凝土搅拌过程的模拟分析

2 水泥管路输送的速度、压力模拟

2 高分子材料模具内成型过程模拟

　四、结语

　　培训所给予我的，远不止这些，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索!为期4天的学习已经结束了，在培训期间不仅仅学习到了知识，还认识到了很多不足，开阔了眼界。对于我来说，通过学习，对于以后工作和未来的有着更大的憧憬，迫切希望利用所学去大展身手，更好的面对以后工作中遇到的困难，更好的回报学校的培养和期望，回报社会。

张忠松