【转】Fluent学习笔记（10）-----多相流模型

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多相流是指有两种或者两种以上不同相的物质同时存在的一种流体运动。如气井中喷出的流体以天然气为主，但也包含一定数量的液体和泥，这是比两相更复杂的一种流动。工程中多相流系统中的相具有更为广泛的意义。例如具有相同类别的物质，该类物质在所处流动中具有特定的惯性响应并与流场相互作用。例如：形同材料的固体物质颗粒如果具有不同搞得尺寸，就可以把他妈看成不同的相，因为相同尺寸粒子的集合对流场有相似的动力学响应。

多相流研究方法

目前有欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法

1. 欧拉-拉格朗日方法

流体视为连续相，并且求解N—S方程，而离散相是通过计算流场中大量粒子的运动得到的。离散相和连续相之间存在动量、质量和能量的传递。方法适用的前提：作为离散相的第二相的体积分数应很低。即便当mspecies>=mfluid,，粒子运动轨迹的计算也是独立的，他们被安排在流体相计算的特定间隙内完成。

2. 欧拉-欧拉方法

在欧拉-欧拉方法中，不同的相被处理成相互贯穿的连续介质。由于一种相所占的体积无法再被其他相占有，故此引入相体积率（phase volume fraction）的概念。体积率是时间和空间的连续函数，各相的体积率之和为1.从各相的守恒方程可以推导出一组方程，其对于所有的相都具有类似的形式。从实验得到的数据可以建立一些特定的关系，从而能使上述方程封闭。另外，对于小颗粒流（granular flows），则可以通过应用分子运动论的理论使得方程封闭。

3.Fluent中的多相流模型

三种欧拉-欧拉多相流模型，即是VOF(volume of fluid)、混合物（mixture）模型、欧拉（Eulerian）模型

3.1.vof 模型

vof模型是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种相互不相容流体间的交界面时，可以采用这个模型。在vof模型中，不同的流体组分共用着一套动量方程，计算时在整个流场的每个计算单元内，都记录下个流体组分所占有的体积率。vof 模型的应用的例子包括分层流、自由面流动、灌注、晃动、液体中大气泡的流动、水坝决堤时的水流以及求得任意液-气分界面的稳态或者瞬态分界面。

3.2.混合物模型

混合物模型可用于两相流或者多相流（流体或颗粒）。因为在欧拉模型中，各相被处理为相互贯通的连续体，混合物模型的求解的是混合物的动量方程，并通过相对速度来描述离散相。混合物模型的应用包括低负载的粒子负载流、气泡流、沉降和旋风分离器。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

3.3 Eulerian 模型

欧拉模型是fluent中最为复杂的多相流模型。它建立了一套包含有n个动量方程和连续方程来求解每一相。压力项和各界面交换系数是耦合在一起的。耦合的方式则依赖于所含有的情况，颗粒流（流-固）的处理与非颗粒流（流-流）是不同的。欧拉模型的应用包括气泡柱、上浮、颗粒悬浮和流化床。

4.fluent 中的多相流模型的选择

VOF模型适应于分层的或者自由表面流动，而mixture 模型和Eulerian模型适应于流动中有相混合或者分离，或者分散相的体积分数超过10%的情形。

为了更好地区分mixture模型和Eulerian模型，给出以下建议：
1. 如果分散相有着宽广的分布，mixture模型是最可取的。如果分散相只集中在区域中的一部分，应当使用Eulerian模型。

2. 如果相间曳力规律是可利用的，Eulerian模型通常比mixture模型能给出更精确的结果。如果相间的曳力规律不明了，mixture模型是最好的选择。

3. mixture模型比Eulerian模型要少求解一部分方程，所以mixture模型计算量较小，如果精度要求很高，Eulerian 模型是更好的选择。但是，复杂的Eulerian 模型比mixture 模型的计算稳定性要差。

摘抄《Fluent 技术基础与应用实例》

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