【多相流进阶】Mixture模型中的界面面积浓度解析

界面面积浓度（Interfacial Area Concentration）定义为单位混合体积内两相之间的界面面积。这是预测质量、动量和能量在相界面间传递的一个重要参数。使用非颗粒状次相的混合多相流模型时，fluent可以通过以下两种方式计算界面面积:

• 使用传输方程的界面面积浓度，这考虑到气泡直径的分布和合并/破裂效应。
• 使用指定气泡直径和界面面积密度之间的代数关系。

基于输运方程的界面面积浓度(IAC)模型和代数模型之间的关键区别在于，代数模型假设界面是球形的，而IAC模型可以通过输运方程的解直接预测界面面积浓度。

1 基于输运方程的模型

在一个离散的(颗粒)和一个连续的两相流系统中，离散相或颗粒的尺寸和分布会由于生长(颗粒间的传质)、压力变化引起的膨胀、聚结、破碎和/或成核机制而迅速变化。种群平衡模型很好地捕捉了这一现象，但由于需要用矩方法求解几个输运方程，需要较多计算资源，如果使用离散方法，则需要更多的计算资源。界面面积浓度模型对每个次相采用单一的输运方程，并且特别适用于液体中的气泡流动。界面面积浓度的输运方程可以写成：

界面面积浓度的源项有Hibiki-Ishii模型和Ishii- kim模型两套，它们基于Ishii等人的研究成果。根据他们的研究，相互作用的机制可以归纳为五类:

• 由于湍流驱动的随机碰撞而形成的合并；
• 由于湍流涡流的影响而破裂；
• 由尾迹夹带引起的合并；
• 从大气泡中分裂出的小气泡；
• 由于气泡表面的流动不稳定而导致大气泡破裂。

在Fluent中，只考虑前三种影响。

1.1 Hibiki-Ishii Model

1.2 Ishii-Kim Model

重要提示： 目前，该模型仅适用于两相流态，一相为气相，另一相为液相，即气泡柱应用。但是，你可以使用udf来包含自己的界面区域浓度模型，它可以应用于其他流态。

1.3 Yao-Morel Model

体积界面面积是在相间交换力的计算中出现的一个重要的量，如动量、质量和传热。Fluent中，Hibiki-Ishii模型和Ishii-Kim模型都是在气泡流与体质量转移的背景下实现的。存在对这两个模型的扩展。根据Yao-Morel在核沸腾应用中所做的工作，这将包括壁上的非均匀传质效应。体积界面面积输运方程18.147包含一个成核项和聚结和破裂模型。Yao-Morel对合并项进行了如下建模:

2 代数模型

Gradient model

梯度模型不同于对称模型，它引入了相界面的梯度作为界面长度的尺度。模型通常用于自由表面问题。在Fluent中有两种版本的梯度模型:

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