多相模拟概念

本节介绍在使用 Simcenter STAR-CCM+ 多相模型时会遇到的关键概念。

相是属性不断发生空间变化的一种物质。属性一词通常指物理属性。但是,广义上的相概念还包括物质的速度、温度或特征长度尺度等属性。例如,如果问题涉及到的球形水滴彼此非常接近且直径不同,和/或以不同速度移动,和/或具有不同温度,也可以将其视为不同的相。
Simcenter STAR-CCM+ 使用多相流模型管理多相混合物中的材料和状态方程指定。每个相的材料是通过在相模型选择对话框中选择一个材料模型来定义的。也就是说,它可用于选择并查看相模型、更改选定模型并支持自动选择推荐模型。根据在连续体级别选择的物理模型,可以在该对话框中选择材料状态方程模型。
可以使用以下类型的相:
  • 欧拉相 - 表示不同的物理物质,即相材料,该相在欧拉架构中建模。
  • 拉格朗日相 - 表示在拉格朗日框架中建模的离散相(液滴、气泡或颗粒)。
  • 液膜相 - 表示特定相材料的薄液膜。该相仅在使用液膜模型时可用。
相间相互作用
相间相互作用是一个定义所选模型用来预测多相流体模拟中的某个相如何影响另一个相的对象。可供选择的相间相互作用模型取决于在物理连续体中选择的物理模型。

选择多相流模型时,会自动激活用于定义相间相互作用的多相互作用模型。创建后,相间相互作用存储在相间相互作用节点下。每个相间相互作用节点均包含模型节点,可用于为每个相对选择相间相互作用模型。如果适用,这些模型包含用于对相之间的质量、动量和能量交换进行建模的相互作用项。

Simcenter STAR-CCM+ 为连续相(液体或气体)中存在离散相(颗粒或气泡)的流型提供标准相间相互作用模型:。建议为每个可能的重要耦合定义相间相互作用。请参见定义相间相互作用

相条件
某些物理模型针对所适用的相显示各自的区域或边界条件。这些条件是相条件。在某些情况下,需要为特定相定义不同的边界条件。要设置这些条件,在边界级别应用相条件并用其定义特定相属性。例如,在欧拉相中选择多组分液体时,Simcenter STAR-CCM+ 针对与该相关联的区域在相节点中添加组分源选项

拉格朗日多相流模拟中,通过在边界级别指定不同设置,可以在特定边界替代用于在物理连续体中定义拉格朗日相的设置。

有关边界条件以及单相流体和多相流体的边界条件有何区别的详细信息,请参见流体边界参考

多相混合物
多相混合物是由多个相组成的流体。相应节点(多相 > 混合物)可用于流体体积 (VOF)混合多相流 (MMP)两相热力学平衡模拟。该节点可用于指定混合物的总体属性。
体积分数

相的体积分数是该相占据的体积与计算网格单元体积之比。在所有存在相的总流体体积下指定每个相的体积分数。因此,所有相的体积分数总和等于 1。请参见体积分区中的 Eqn. (873)

该标量的初始和边界条件是在运行模拟之前定义的。指定初始值和边界值时,可为相体积分数设置的值不受限制。但是,为确保总体积分数为 1.0,Simcenter STAR-CCM+ 对每个相体积分数使用标准化值。