基于蒙特卡罗法模拟高含量气固两相流声衰减

祖晓萌， 朱曙光

(南京理工大学能源与动力工程学院， 江苏南京210018)

声波能穿透不透光介质，使得超声测量技术能够用于高含量气固两相系统的特性研究。理论模型将超声衰减和声速变化与两相系统的特征参数相关联，声速测量更为简单和准确，且对颗粒分布的不均匀性更为敏感[1]；但由于声速的变化还依赖于两相介质的物性参数如黏度、密度、颗粒材料等[2]，所以理论模型更多集中于超声衰减的研究。

在实际应用中，即使在理想的测量条件下，测得的衰减值与理论预测值的一致性也仅能达到30%左右[3]。 高含量两相系统声衰减理论模型的建立难点在于多次散射现象和颗粒间相互作用所导致的声衰减与所求介质参数的非线性对应关系，且对于浓度越高、 颗粒越小时，多次散射和颗粒相互作用所发生的可能形式则越多，即从理论层面对两相介质间的分布和与声波相互作用的随机规律进行分析相对困难[4]。 蒙特卡罗方法[5-7]因能够将复杂抽象的物理过程简单具体化而得到快速发展， 并被成功地应用于预测高含量液固两相系统的声衰减。本文中利用蒙特卡罗方法对超声波透射、散射和衰减的发生概率和作用方式进行建模，来模拟高含量气固两相系统声衰减。

1 蒙特卡罗模型建立

1.1 模型的实现过程

通过将入射声波按照“声子”概念离散化，每个声子的初始声能量为1。声子传播会发生多次的透射和散射，声子透射时认为无能量衰减，当声子发生散射时，存在黏性衰减和热衰减，并将两者的作用效果用单次散射能量损失Eloss来表示。……