曳力

对于单向耦合,连续相通过曳力与离散相进行相互作用,但离散相不会影响连续相。 对于双向耦合,曳力将在两个方向上应用。

连续相和离散相之间的曳力将作为曳力系数的函数计算:

1. EQUATION_DISPLAY
FcdD=12CD(6αd4D)ρdvrvr
(2848)

其中:

  • FcdD 为曳力
  • CD 为曳力系数
  • αd 为离散相的体积分数
  • D 为离散相的特征直径
  • ρd 为离散相的密度
  • vr=vdv 为离散相和连续相之间的相对速度
Schiller-Naumann
根据 Schiller-Naumann [543],曳力系数计算如下:
2. EQUATION_DISPLAY
CD={24Rep(1+16Rep2/3),Rep10000.424,Rep>1000
(2849)

颗粒雷诺数定义如下:

3. EQUATION_DISPLAY
Rep=ρ¯vrDμ¯
(2850)

其中:

  • μ¯ 为多相混合物的动力粘度。 混合物动力粘度 μ¯ 可以为常数、通过场函数指定或体积加权
  • ρ¯ 为多相混合物的密度

混合物密度为体积加权:

4. EQUATION_DISPLAY
ρ¯=α1ρ1+α2ρ2
(2851)

考虑 DMP-VOF 相间相互作用。 网格单元 c 位于 VOF-VOF 交界面区域中,VOF 相 V1 的体积分数为 α1,VOF 相 V2 的体积分数为 α2α1+α2=1。 网格单元中的离散相的体积分数为 αd。 每个 VOF 相 Vi 的密度、动力粘度和比热分别为 ρiμiCp,i。 离散相属性为 ρdμdCp,d。 离散相的特征颗粒直径为 D。 背景流的唯一速度场为 v,离散相速度场为 vd。 离散相和背景流之间的(相对)相滑移速度为 vr

对于 DMP-VOF 相间相互作用,连续曳力按体积分数加权:

5. EQUATION_DISPLAY
FdiD=12αiCD,i(6αd4D)ρdvrvr
(2852)

假定 α1+α2=1,如果为两个 VOF 相中的曳力系数指定相同的常数法或场函数法,则 DMP-VOF 相间相互作用和 DMP 物理连续体相互作用会获得相同的曳力。

但是,如果 Schiller-Naumann 相关性 Eqn. (2849) 用于计算曳力系数,这两个相间相互作用的结果不同。 用于计算 CD,i 的相颗粒雷诺数定义如下:

6. EQUATION_DISPLAY
Rep,i=ρivrDμi
(2853)

将使用相属性 ρiμi,而非混合物属性 ρ¯μ¯CD 在整个交界面上连续,但 CD,i 在整个交界面上不连续。 线性组合 α1Cd,1+α2Cd,2 用于交界面区域中的曳力系数(与 CD 不同)。

默认情况下,相为单向耦合:背景流体不会遇到颗粒施加的反作用力。 曳力在 Eqn. (2846) 中为 FijD。 在双向耦合情况下,曳力影响连续相和离散相,但符号不同。