FLUENT多相流模型和物理概念解读
一、什么是“相”？
1、物理学：相通常指某一系统中具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分。
2、动力学：动力学性质相近的一组物质。
3、多相流体力学中也按化学组成、尺寸和形状等来区分相。
二、 常见物理概念
1、松弛：相间某种物理量（温度、速度等）的差异随着时间逐渐减小的趋势，这种现象叫做松弛。
2、颗粒数密度：单位混合相体积内所含有的颗粒个数：
3、离散相体积分数(
)：离散相体积/混合相体积。
4、连续相体积分数(
): 连续相体积/混合相体积。
5、混合物密度(
)：
6、质量浓度：离散相质量/连续相质量。
7、颗粒局部负载：离散相质量流率/连续相质量流率。
注：质量流率：单位面积上的质量流量（
）
8、颗粒总负载：离散相质量流量/连续相质量流量。
9、动量响应时间（stokes流）：颗粒从静止状态达到流体速度的63%时所需要的时间。
10、热响应时间（stokes流）：颗粒温度加热到流体温度的63%时所需要的时间。
11、颗粒尺寸：
（1）粒径：单个颗粒几何尺寸的大小，即颗粒在空间范围所占大小的线性尺寸。
（2）单个颗粒的形状可分为球形、非球形两类。对于球形颗粒粒径一般用其直径表示，非球形颗粒一般用当量直径表示。
12、非球形颗粒粒径表示方法：
（1） 筛分粒径
（2）体积当量直径
（3）表面积当量直径
（4）体积/表面积当量直径
（3） 空气动力学粒径（最终沉降速度相同）
13、球形度：颗粒外形接近球体的程度。
14、圆形度：颗粒在某一个方向的投影接近圆形的程度。
15、拓扑结构：
散布流动：体积相互连通的连续相中分布有有限粒子、液滴或空泡的流动。其常用的模型有三种，包括轨迹（道）模型、双流体模型、离散颗粒模型。
（1）轨迹（道）模型：散布相的运动或者由实际粒子的运动描述或者由较大的典型粒子的运动描述。扰流每个粒子的流动细节归结为作用在粒子上的阻力、升力和力矩，这些作用改变粒子的轨迹。（欧拉-拉格朗日模型）
（2）双流体模型：用平均化的方法将散布相看成是与连续相相互作用、相互混合的第二种连续相（欧拉-欧拉模型）。
（3）离散颗粒模型（混合模型）：一般用于模拟各相有不同速度（滑移速度）的模型，也可以模拟相同速度的多相流。
（4）分离（层）流动：由界面分开的不同流体的两种或多种连续流层所构成的流动（流体体积模型-VOF模型）。
三、FLUENT当中的多相流模型
1、VOF模型：
（1）体积分数方程
为第q相的密度；
为第q相的速度；
：第p相向第q相传质；
：为源项，默认为0。
基本相体积分数由所有相体积分数之和为1进行约束。即：
（2）动量方程
式中：v为速度；
为速g为重力加速度；F为体积力；△P为压差。
（3）能量方程
式中：
为密度；E为能量；v为速度；p为压力；T为温度；
为有效导热系数；E为能量方程源项。
2、混合模型：
（1）连续性方程：
式中：m为混合相质量;
为混合相速度，
为第k相速度，
为第相密度。
为由源项引起的质量变化率。
为第k相体积分数；
为混合相密度。
（2）动量方程:
式中：
为混合相的速度；
为流动方向的压差；
为混合相密度；F为体积力；
为混和相动力粘性系数；
为哈密顿算子；
为第二相k的漂移速度。
（3）能量方程:
式中：
为有效导热率，方程右侧第一项代表了由于传导导致的能量传递；
为体积热源之和。
3、欧拉-欧拉模型：
（1）体积分数：
欧拉-欧拉模型采用相体积分数描述相互贯穿的多相流。令αq为第q相体积分数，则该相的体积Vq为：
（2）连续性方程：
式中: 
为第p相向第q相的传质求导；
为第q相向第p相的质量传导；
为源项，默认为0；
为相参考密度，即在计算域内第q相体积平均密度。
（3）通用形式动量方程:
式中：g为重力加速度；
为外部体积力，
为虚拟质量力；
相间相互作用力；p为各相共享压力；
为第q相应力-应变张量；
主相绕流1次相（颗粒、液滴）时产生的升力。
（4）能量方程：
式中：
hq为第q相比晗；
为热流通量；Sq为晗的源项；
为第p相与第q相之间的换热量；
和hqp均为相间晗。
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