【多相流】VOF的材料、动量和能量方程（7）

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了多相流系统中输运方程、动量方程、能量方程及附加标量方程的处理方法。材料属性由控制体中各组分相的存在决定，动量方程在整个域中求解，速度场在各相间共享。对于高粘度比流动，CICSAM方法可解决收敛性差的问题。能量方程也共享于各相之间，但相间大温差会影响界面温度的准确性。物性大差异导致方程集具有各向异性系数，影响收敛和精度。在湍流情况下，还需求解湍流变量的输运方程。

1.材料属性

输运方程中出现的材料属性是由每个控制体中各组分相的存在所决定的。例如，在两相系统中，如果各相用下标1和2表示，如果第二个相的体积分数被跟踪，则每个单元的密度为：

一般来说，对于n相系统，体积-分数平均密度呈现如下形式:

所有其他性质(例如粘度)都是这样计算的。

2.动量方程

在整个域中求解单动量方程，得到的速度场在各个相之间共享。如下所示的动量方程取决于物性ρ和µ的所有相的体积分数。

共享场近似的局限性是，在相间存在较大速度差的情况下，计算界面附���的速度的准确性会受到不利影响。注意，如果粘度比超过1000，这可能会导致收敛困难。(CICSAM)方法适用于相间粘度比高的流动，解决了收敛性差的问题。

3.能量方程

能量方程也在各相之间共享，如下所示：

每个相的h_q是基于该相的比热和共享温度。物性ρ、k_eff(有效导热系数)和µ_eff(有效粘度)是通过对相的体积平均计算出来的。源项s_h包含辐射以及其他体积热源的贡献。 与速度场一样，在相之间存在较大温差的情况下，界面附近温度的准确性受到限制。在物性变化几个数量级的情况下也会出现问题。例如，如果一个模型包括液态金属与空气结合，材料的热导率可能相差多达4个数量级。这种物性的大差异导致方程集具有各向异性系数，这又会导致收敛和精度受到限制。

4.附加标量方程

根据你的问题的定义，可能会涉及到额外的标量方程。在湍流的情况下，求解一组输运方程，湍流变量(如k和e或雷诺应力)由整个场中的相共享。