【多相流】fluent中如何选择多相流模型？（3）

对于分层流和段塞流，模型比较表明VOF模型的选择很简单。为其他类型的流动选择模型就不那么简单了。作为一般准则，有一些参数可以帮助为这些其他流动确定适当的多相流模型: 颗粒载荷β和斯托克斯数st(注意，在本讨论中“颗粒”一词是指颗粒、液滴或气泡)。

1 颗粒载荷的影响

颗粒载荷对相的相互作用有很大的影响。定义颗粒载荷为分散相(d)与载体相(c)的质量密度比:

材料密度比为：

气-固流动大于1000，液-固流动约为1，气-液流动小于0.001。 通过这些参数，可以估算出颗粒相各颗粒之间的平均距离，Crowe等人已经给出了这个距离的估计。

其中，， 有关这些参数的信息对于确定应如何处理分散相是重要的。例如，对于颗粒载荷为1的气固流动，颗粒间距离  约为8;因此，颗粒可以被视为孤立的(即非常低的颗粒载荷)。

根据颗粒载荷的不同，相间相互作用程度可分为以下三类:

• 对于非常低的载荷，两相之间的耦合是单向的(即流体通过阻力和湍流影响颗粒，而颗粒对流体没有影响)。离散相模型、混合模型和欧拉模型都能正确地处理这类问题。由于欧拉模型是计算量最大的，建议采用离散相或混合模型。

• 对于中等载荷，耦合是双向的(即流体通过阻力和湍流影响颗粒相，而颗粒反过来通过平均动量和湍流的降低影响流体)。离散相、混合和欧拉模型都适用于这种情况，但需要考虑其他因素，以决定哪种模型更合适。下面是使用Stokes数作为指南的信息。

• 对于高载荷，有双向耦合加上颗粒压力和颗粒引起的粘性应力(四向耦合)。只有欧拉模型才能正确地处理这类问题。

2 斯托克斯数的意义

具有中间颗粒载荷的系统，估计Stokes数的值可以帮助选择最合适的模型。可以将Stokes数定义为粒子响应时间与系统响应时间的关系:

其中，  ，  是基于所研究系统的特征长度  和特征速度  ，  。

• 当  ，粒子将紧密跟随流动，三种模型(离散相、混合相或欧拉)均适用;因此，可以选择最经济的(大多数情况下是混合模型)，或者考虑到其他因素，选择最合适的。

• 当  中，粒子将独立于流动而移动，适用于离散相模型或欧拉模型。

• 当  ，三种模型中的都适用;可以选择计算量最小的或考虑其他因素选择最合适的模型。

例如，对于一种特征长度为1 m、特征速度为10 m/s的煤炭分级机，直径为30微米的颗粒斯托克斯数为0.04，直径为300微米的颗粒为4.0。显然，混合模型不适用于后一种情况；对矿物加工而言，在特征长度为0.2 m、特征速度为2 m/s的系统中，直径为300微米的颗粒的Stokes数为0.005，在这种情况下，你可以选择混合模型和欧拉模型。

离散相模型的使用仅限于低体积分数，除非使用密集的离散相模型公式。此外，对于离散相模型模拟，可以选择比欧拉模型更先进的燃烧模型。若要考虑粒子分布，需要使用种群平衡模型或离散相模型和密集离散相模型。

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