第20章 通用多相流模型--60页 多相流数据后处理

20.通用多相流模型（General Multiphase Models）

本章讨论了在FLUENT中可用的通用的多相流模型。第18章提供了多相流模型的简要介绍。第19章讨论了Lagrangian离散相模型，第21章讲述了FLUENT中的凝固和熔化模型。20.1选择通用多相流模型（Choosing a General Multiphase Model）

20.2VOF模型(Volume of Fluid(VOF)Model)

20.3混合模型(Mixture Model)

20.4欧拉模型(Eulerian Model)

20.5气穴影响(Cavity Effects)

20.6设置通用多相流问题(Setting Up a General Multiphase Problem)

20.7通用多相流问题求解策略(Solution Strategies for General Multiphase Problems)

20.8通用多相流问题后处理(Postprocessing for General Multiphase Problems)

20.1选择通用的多相流模型（Choosing a General Multiphase Model）

正如在Section 18.4中讨论过的，VOF模型适合于分层的或自由表面流，而mixture和Eulerian 模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的volume fraction超过10%的情形。（流动中分散相的volume fraction小于或等于10%时可使用第19章讨论过的离散相模型）。

为了在mixture模型和Eulerian模型之间作出选择，除了Section18.4中详细的指导外，你还应考虑以下几点：

★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的一部分，你应当使用Eulerian模型。

★如果应用于你的系统的相间曳力规律是可利用的（either within FLUENT or through a user-defined function），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知道或者它们应用于你的系统是有疑问的，

mixture模型可能是更好的选择。

★如果你想解一个需要计算付出较少的简单的问题，mixture模型可能是更好的选择，因为它比Eulerian模型要少解一部分方程。如果精度比计算付出更重要，

Eulerian模型是更好的选择。但是请记住，复杂的Eulerian模型比mixture模型

的计算稳定性要差。

三种模型概要的讲述，包括它们各自的局限，在Sections20.1.1，20.1.2，20.1.3中给出。

三种模型详细的讲述在Sections20.2,20.3和20.4中给出。

20.1.1VOF模型的概述及局限(Overview and Limitations of the VOF Model)

概述（Overview）

VOF模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的volume fraction来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括预测，

jet breakup、流体中大泡的运动（the motion of large bubbles in a liquid）、the motion of liquid after a dam break和气液界面的稳态和瞬态处理（the steady or transient tracking of any liquid-gas interface）。

局限（limitations）

下面的一些限制应用于FLUENT中的VOF模型：

★你必须使用segregated solver. VOF 模型不能用于coupled solvers.

★所有的控制容积必须充满单一流体相或者相的联合；VOF模型不允许在那些空的区域中没有任何类型的流体存在。

★只有一相是可压缩的。

★Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop) cannot be modeled when the VOF model is used.

★Species mixing and reacting flow cannot be modeled when the VOF model is used.

★大涡模拟紊流模型不能用于VOF模型。

★二阶隐式的time-stepping公式不能用于VOF模型。

★VOF模型不能用于无粘流。

★The shell conduction model for walls cannot be used with the VOF model.

稳态和瞬态的 VOF计算

在FLUENT中VOF公式通常用于计算时间依赖解，但是对于只关心稳态解的问题，它也可以执行稳态计算。稳态VOF计算是敏感的只有当你的解是独立于初始时间并且对于单相有明显的流入边界。例如，由于在旋转的杯子中自由表面的形状依赖于流体的出事水平，这样的问题必须使用time-dependent公式。另一方面，渠道内顶部有空气的水的流动和分离的空气入口可以采用steady-state公式求解。

20.1.2Mixture模型的概述和局限(Overview and Limitations of the Mixture Model)

概述

混合模型是一种简化的多相流模型，它用于模拟各相有不同速度的多相流，但是假定了在短空间尺度上局部的平衡。相之间的耦合应当是很强的。它也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流。

混合模型可以模拟n相（fluid or particulate）通过求解混合相的动量、连续性和能量方程，第二相的volume fraction方程，以及相对速度的代数表示。典型的应用包括沉降（sedimentation），旋风分离器（cyclone separators），particle-laden flow with low loading,以及气相容积率很低的泡状流。

混合模型是Eulerian模型在几种情形下的很好替代。当存在大范围的颗粒相分布或者界面的规律未知或者它们的可靠性有疑问时，完善的多相流模型是不切实可行的。当求解变量的个数小于完善的多相流模型时，象混合模型这样简单的模型能和完善的多相流模型一样取得好的结果。

局限性（limitation）

下面的局限应用于混合模型在FLUENT中：

★你必须使用segregated solver.混合模型不适合于任何coupled solver.

★只有一相是可压缩的。

★Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop) cannot be modeled when the mixture model is used.

★Species mixing and reacting flow cannot be modeled when the mixture model is used.

★Solidification and melting cannot be modeled in conjunction with the mixture model.

★大涡紊流模型不能使用在混合模型中。

★The second-order implicit time-stepping formulation cannot be used with the mixture model.

★混合模型不能用于无粘流。

★The shell conduction model for walls cannot be used with the mixture model

20.1.3Eulerian模型的概述和局限性（Overview and Limitation of the Eulerian Model）

概述（Overview）

在FLUENT中的可以模拟多相分离流，及相间的相互作用。相可以是液体、气体、固体的几乎是任意的联合。Eulerian处理用于每一相，相比之下，Eulerian-Lagrangian处理用于离散相模型。