输运方程

体积分数(以及 S 3 )的输运方程通过分离 EMP 流求解器(而非 S-Gamma 方法)进行求解。如果不需要尺寸分布的完整详细信息,可以只对 S 2 进行求解。这称为单方程模式。在双方程模式下,同时求解 S 2 S 0 的方程。

S-Gamma 模型适用于正在建模尺寸分布的特定相的离散区域。为了在相可以局部离散或连续的情况下启用 S-Gamma 建模,将相 k 的离散相分数定义 k = α d α

对于欧拉连续-离散拓扑,相随处离散,因此 α = α d ,这会产生 k = 1 。对于多流态拓扑,相可以局部连续或离散, 0 k 1 。然后,根据混合加权函数计算离散相分数 k,如相间相互作用拓扑中所述。

α d = k α 假设可推出,S-Gamma 模型控制方程写法如下。

零阶矩传输方程(颗粒数密度)

S 0 的瞬时传输方程由 [505][507] 给出:

1. EQUATION_DISPLAY
α d S 0 t + ( α d S 0 v d ) = s b r + s c l + N ˙ 0 s d i s s
(2185)

其中:

  • v d 为通过多相速度求解器计算得出的离散相速度
  • s b r 为表示破碎效应的源项
  • s c l 为表示聚结效应的源项
  • s d i s s 为表示溶解(负贡献)的源项。此源项将引入 S 0 传输方程,以确保有限颗粒消失率。当表面增长相间质量传递率 M ˙ > 0 时,颗粒增长及其数密度不受质量传递的影响。但是,对于 M ˙ < 0 ,某些颗粒的直径会减小,直到最终因溶解而消失。溶解率 s d i s s 建模如下:
2. EQUATION_DISPLAY
s d i s s = ( d 32 d 30 1 ) max ( 0 , M ˙ ρ ) S 0 α d
(2186)

Eqn. (2185) 的雷诺平均得出:

3. EQUATION_DISPLAY
α ¯ d S ¯ 0 t + ( α d S 0 v d ) = s b r + s c l + N 0 s d i s s
(2187)

对于任何标量 ϕ (例如,温度、浓度、湍动能),雷诺平均通量建模为:

4. EQUATION_DISPLAY
α d ρ ϕ v = α d ¯ ρ v ϕ ¯ + α d ρ ϕ v α d ¯ ρ v ϕ α d ¯ ρ D T ϕ ¯
(2188)

其中, D T 为湍流扩散系数,该系数根据湍流粘度、密度和湍流普朗特数计算如下:

5. EQUATION_DISPLAY
DT=νTρPr
(2189)

S 0 重写为 α d ρ S 0 α ρ S 0 的雷诺平均传输方程获取方式如下:

6. EQUATION_DISPLAY
α ¯ d S ¯ 0 t + ( α ¯ d S ¯ 0 v d ρ α ¯ d D T S ¯ 0 ρ R A ) = s b r + s c l + N 0 s d i s s

Variable density does not play a role in the conservation of the number density of particles.

(2190)
二阶矩传输方程

对于 S 2 ,Wei 和 Morel [569] 给出离散相的交界面面积 a d 方程,形式如下:

7. EQUATION_DISPLAY
a d t + ( a d v d ) = s a , b r + s a , c l + s a , m - 2 a d 3 ρ ( ρ t + v d ρ )
(2191)

s a , b r s a , c l 分别表示因破碎和聚结而产生的面源,而 s a , m 表示因相间质量传递而产生的面源。右侧的最后一项表示交界面面积上的可变密度效应。通过乘以 ρ 2 / 3 ,执行某些代数运算,最后除以 π ,从而转换为 S 2 ,可以看出 S 2 的传输方程为:

8. EQUATION_DISPLAY
ρ 2 / 3 α d S 2 t + ( ρ 2 / 3 α d S 2 v d ) = s b r + s c l + s m + s n u c
(2192)
s n u c 为表示成核速率的源项。此源将引入 S 2 传输方程,以表示成核产生的总颗粒面积的增长(仅为正贡献)。
成核速率 s n u c 定义为:
9. EQUATION_DISPLAY
s n u c = ρ 2 3 N 0 d n u c 2
(2193)
其中, d n u c 为核的直径。

传输方程的雷诺平均版本定义为:

10. EQUATION_DISPLAY
ρ 2 / 3 α ¯ d S ¯ 2 t + ( ρ 2 / 3 α ¯ d S ¯ 2 v d ρ α ¯ d D T S ¯ 2 ρ 2 / 3 ) = s b r + s c l + s m + s n u c
(2194)

因质量传递而产生的 S-Gamma 源项为:

11. EQUATION_DISPLAY
S ˙ 2 = 4 G n i d i = 4 G S 0 d 10
(2195)

但是 M ˙ = ρ π S 2 G ,因此相间质量通量 G 给定为:

12. EQUATION_DISPLAY
G = M ˙ ρ π S 2
(2196)

组合使用 Eqn. (2195)Eqn. (2196) 可得到:

13. EQUATION_DISPLAY
S ˙ 2 = 4 M ˙ π ρ ( π S 0 6 α d ) 1 / 3
(2197)