FLUENT两相流模型选择策略：为复杂流动找到最佳方案

两相流

气液、固液、液固、液液
一般来说分为两种：
第一、把流体当作连续介质，把颗粒群作为离散体系；
第二、把流体当作连续介质，且把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
两种坐标系：
**拉格朗日坐标：**以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日坐标（Lagrange）或物质坐标；
**欧拉坐标：**以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉坐标（Eulerian）或空间坐标。

一、离散相模型

FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；
离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；
应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等；
颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；
湍流中颗粒处理的两种模型：
Stochastic Tracking：应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；
Cloud Tracking：运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”。

多相流模型

1、VOF模型（Volume of Fluid Model）
一般处理相界面的多相流问题，在处理两相流时，主要是体积含量α1的处理，假设每个控制容积中的第一相体积含量为α1，则次相为1-α1，当α1=0时，容积不含第一相，当α1=1时，则控制容积中只含有第一相，如果0~1范围内，则表示两相交界面；
VOF是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积
**优点：**内存小，简单有效；
2、混合模型(Mixture Model)
混合模型(Mixture Model)是一种简化的两(多)相流模型，它使用单流体方用于模拟各相有不同速度的两(多)相流，但是假定了在短空间尺度上局部的， 相之间的耦合很强。 同时也用于模拟有强烈藕合的各向同性相流和各相以相度运动的两(多)相流。混合模型可以通过求解混合相的动量、连续性和能量，第二相的体积分率方程，以及相对速度的代数表达式模拟多相(fluldorculate)。
用混合特性参数描述的两相流场的场方程组成为混合模型；
考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；
使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；
用于模拟各相有不同速度的多相流；
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；
缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。
3、欧拉模型（Eulerian Model）
欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；
把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；
颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；
各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
其他：
**拉格朗日法：**着眼于流体的质点，基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的 运动全过程，记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及变化。在拉格朗日方法中，**FLUENT将主体相视为连续相，稀疏相视为离散颗粒，主体相用欧拉法， 而离散相利用拉格朗日法进行粒子跟踪， 这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型。此模型中需要离散相体积含量不超过15%，**离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍流扩散稀疏参数，并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹。 该模型能详细地分析粒子/液滴间的作用力以及流体间复杂的作用力，避免了应用大量的经验关系，又避免了离散相数值解的扩散问题，虽然计算量庞大，但是相对欧拉模型来讲，精度要更高一些。比较了各种模型，认为离散相模型能更准确地模拟气—固两相流动，能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。

如何选择

1. VOF模型适合于分层流动或自由表面流；
2. Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
3. Mixture模型和Eulerian模型区别 如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；
4. 如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型；
5. 当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果；
6. 从计算时间和计算精度上考虑。

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