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申请/专利权人：中国石油大学(华东)

摘要：本发明涉及一种泡状跨流型的全耦合群体平衡方法及系统。该方法包括：获取两相流场的含气率、气泡群数密度以及流体物性参数；确定两相流场中的气泡体积，根据流体物性参数确定变形临界体积；确定气液两相流的流型；根据不同流型的气泡形状相关参数以及两相速度确定不同流型的相间力系数，构建相间动量传递模型，更新含气率以及两相速度，选取气泡聚并破裂模型；更新气泡群数密度以更新相间动量传递模型，根据更新后的相间动量传递模型以及气泡聚并破裂模型确定气泡诱发液体湍流模型，求解气液两相湍流方程，更新两相湍流参数预测泡状流至所述湍流搅拌流转变过程中的湍流参数场、速度场以及相场。本发明能够准确描述泡状流至湍流搅拌流的演化过程。

主权项：1.一种泡状跨流型的全耦合群体平衡方法，其特征在于，包括：基于两相流场的边界条件，获取所述两相流场的含气率、气泡群数密度以及流体物性参数；所述两相流场包括液相以及气相；所述流体物性参数包括密度以及粘度；根据所述含气率以及所述气泡群数密度确定所述两相流场中的气泡体积，并根据所述流体物性参数确定变形临界体积；根据所述气泡体积以及所述变形临界体积确定气液两相流的流型；所述气液两相流的流型包括泡状流流型以及湍流搅拌流流型；根据不同的所述流型确定不同流型的气泡形状相关参数；所述气泡形状相关参数包括气泡形状直径以及界面面积密度；在所述泡状流流型中的气泡形状为球形气泡，在所述湍流搅拌流流型中的气泡形状为变形气泡；根据不同流型的所述气泡形状相关参数以及所述两相流场的两相速度确定不同流型的相间力系数，并根据所述相间力系数构建相间动量传递模型；所述相间力系数包括曳力系数、虚拟质量力系数、侧升力系数、湍流耗散系数以及壁面润滑系数；所述相间动量传递模型为：其中，Fi为总相间作用力模型，Fgl为气相在液相中的受力，Flg为液相在气相中的受力；为曳力；为虚拟质量力；为升力；为壁面润滑力；为湍流耗散力；根据所述相间动量传递模型求解气液两相质量及动量守恒方程，更新所述含气率以及所述两相流场的两相速度，并根据不同流型选取气泡聚并破裂模型；所述气泡聚并破裂模型包括球形气泡聚并破裂模型以及变形气泡聚并破裂模型；所述球形气泡聚并破裂模型为： 其中，为所述泡状流流型中总气泡群数源项，N为气泡数量；为所述泡状流流型中湍流运动中气泡随机碰撞导致的气泡聚并的源项，为所述泡状流流型中气相速度梯度诱发气泡聚并的源项，为所述泡状流流型中尾涡夹带机制诱发气泡聚并的源项，为所述泡状流流型中湍流诱发的气泡破裂的源项；所述变形气泡聚并破裂模型为： 其中，为所述湍流搅拌流流型中总气泡群数源项；为所述湍流搅拌流流型中湍流运动中气泡随机碰撞导致的气泡聚并的源项，为所述湍流搅拌流流型中气相速度梯度诱发气泡聚并的源项，为所述湍流搅拌流流型中尾涡夹带机制诱发气泡聚并的源项，为所述湍流搅拌流流型中湍流诱发的气泡破裂的源项；求解气泡群数密度传递方程，更新气泡群数密度，根据更新的气泡群数密度更新所述相间动量传递模型，并根据更新后的相间动量传递模型以及所述气泡聚并破裂模型确定气泡诱发液体湍流模型；所述气泡群数密度传递方程为： 其中，n为平均气泡数数量；为湍流运动中气泡随机碰撞导致的气泡聚并的源项，为气相速度梯度诱发气泡聚并的源项，为尾涡夹带机制诱发气泡聚并的源项，为湍流诱发的气泡破裂的源项；根据所述气泡诱发液体湍流模型求解气液两相湍流方程，更新两相湍流参数并预测所述泡状流至所述湍流搅拌流转变过程中的湍流参数场、速度场以及相场；所述两相湍流参数包括气相和液相的湍动能、湍流耗散率、湍流强度、湍流长度、湍流时间和湍流粘度。

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