STARCCM+多相流基础系列:入门必备知识

多相流体这个术语指同一系统(其中,相之间存在不同交界面)中的多个相的流体和相互作用。术语“相”通常指物质的热力学状态:固体、液体或气体。

在建模术语中,相具有更广义的定义,并且可定义为系统中的物质量,其本身具有用于区别于该系统中其他相的物理属性。例如:

l  . 不同密度的液体

l  . 不同大小的气泡

l  . 不同形状的颗粒

多相流体与多组分流体不同。在多组分流体中,不同组分在分子级别混合。 这些组分具有相同的对流速度。


在多相流体中,不同的相在宏观尺度上混合。这些相具有不同的对流速度。 很多流体是多相多组分流体。


多相流体可分为两类:

l  . 离散流体,例如气泡、液滴和颗粒流体

l  . 分层流体,例如自由表面流或管道中的环形液膜流体。


如果相占用断开的空间区域,则将其视为离散相,否则视为连续相。



STAR-CCM+ 提供以下不同模型来满足这两个流体类别的要求:

l  . 拉格朗日多相模型:此模型将对离散相的代表性粒子束穿过系统时的运动方程进行求解。它适用于主要由携带相对较小体积的离散颗粒、液滴或气泡的单一连续相组成的系统。它适用于离散相与物理边界的相互作用至关重要的情况。

l  . 液膜模型:此模型使用边界层近似值以及通过液膜深度的假定速度和温度分布来预测壁膜的动态特征。液膜传输使用横跨形成液膜的固体壁面表面的薄壳进行预测。

l  . 离散元模型 (DEM):此模型是拉格朗日多相模型的延伸,但它将对各个颗粒(而不是代表性粒子束)进行建模,且明确考虑了颗粒间接触力。

l  . 欧拉多相混合模型:此模型是一种简化的多相模型,可用于对悬浮液多相流体进行建模。在此模型中,通过假设悬浮液是均匀的单相系统来减少计算量。

l  . 多相分离流模型:此模型在文献中通常称为欧拉多相模型,但此术语在STAR-CCM+ 中具有更广泛的意义。多相分离流体模型可对每个相的质量、动量和能量的守恒方程进行求解。相间相互作用模型旨在定义一个相在与另一个相之间的交界面面积上对该相施加的影响。

l  . 离散多相模型 (DMP):此模型以欧拉方式模拟离散相。离散多相模型将拉格朗日多相(LMP) 模型和分离

l  (欧拉)多相(EMP) 模型的多个特性相结合。 在同一个模拟中可以激活DMP 模型和流体体积 (VOF) 模型。

l  . 流体体积 (VOF) 模型:此模型用于包含两个或更多不混溶液相的系统,其中每个相在系统内构成较大的结构(如典型的自由表面流)。此方法可捕捉液相之间的交界面的移动,且经常用于海洋应用。


从数学角度而言,流体体积模型和分离流模型均在其公式中使用欧拉(而非拉格朗日)架构。因此,为这两种方法设置模拟需要使用不同的欧拉相。


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