水平管道中两相段塞流的数值模拟：一种三维光滑粒子流体动力学应用

气液管流研究的一个根本困难在于预测段塞流态的发生与特征，而段塞流态在石油管道安全设计中起着关键作用。现有的经验方法与一维计算模型仅取得有限成功。尽管强烈推荐使用三维数值模拟，但其应用极少。我们开展了气液管流的三维拉格朗日数值模拟，并聚焦于导致段塞形成的界面不稳定性。我们改进了一种基于黎曼求解器的现有多相光滑粒子流体动力学（SPH）方法，以实现不依赖经验关联式的高效求解器。为实现气液的高入口速度，提出了一种进出口边界条件。结果针对已有实验数据、数值模拟与解析解进行了验证。预测了多种气液管流流型，即光滑分层流、分层波状流、泡状流、段塞流与泡状流。分析了段塞流的若干主要特征，例如压力梯度、段塞发展与段塞频率。