混合多相流建模

如果可以通过一组加权物理属性对相混合物进行建模，则使用混合多相流 (MMP) 模型。此模型将质量、动量和能量视为混合物量而非相量，因此计算效率比单独模拟每个相的模型更高效。Simcenter STAR-CCM+ 将混合物的传输方程作为整体进行求解，而非针对每个相单独进行求解。

混合多相流 (MMP) 模型可用于相的任意组合，该组合包含任意类型的相间相互作用。

要对物理连续体设置混合多相流 (MMP) 模拟：

右键单击连续体 > [物理连续体] > 模型节点，然后选择以下模型：


组合框	模型
空间	选择其中一个：轴对称三维（对于自适应网格为必需）二维
时间	选择其中一个：定常隐式非稳态
材料	多相多相交互作用（自动选定）
多相流模型	混合多相流 (MMP) 请参见混合多相流 (MMP) 模型参考梯度（自动选定）
粘滞态	选择其中一个：层流湍流
流体	分离 MMP（自动选定）请参见分离 MMP 求解器参考。
可选模型	分离多相温度若要应用自动时间步控制，选择自适应时间步并设置“自适应时间步”求解器属性。请参见设置自适应时间步进。若要根据用户自定义细化准则局部细化网格，该准则在模拟运行时查询流体解以缩短计算时间，则选择自适应网格模型。一个示例应用是对蒸汽轮机转子中的冲击波建模。激活自由表面网格细化准则并指定适当的属性。请参见自适应网格细化。如果要对多孔介质进行建模，选择多孔介质。当对多孔介质内的物理速度而非表观速度进行建模时，或者在多孔介质内的固体和流体不处于热平衡状态时，此模型适用。请参见多孔介质模型。

定义欧拉相并选择相应的相模型。
通常情况下会有一个液相和一个蒸汽相。如果要对相间反应建模，则每个相应为多组分。
- 要对蒸发和冷凝建模，将所有相设为多组分相并在每个相中激活 Spalding 蒸发/冷凝模型。
  
  不支持单组分相。但是，要对单组分相进行建模，可以使用只有一个组分的多组分相。
- 要对颗粒流体动力学建模并考虑颗粒尺寸及其在离散多相流中的分布，激活离散四边形 S-Gamma。
  选择此模型会自动将流态限制为离散/连续，其中，所选模型的相设为离散相。
请参见定义欧拉相。

指定每个相的材料属性。

对于每个相，展开 [相] > 模型 > [相材料] > 材料属性节点，选择各个材料属性节点，并根据需要修改属性值。
可指定以下相属性：
- 密度
- 动力粘度（提供了对液相使用非牛顿定律的选项）
- 比热（激活能量模型时）
  请参见分离多相温度模型参考。
- 导热率（激活能量模型时）

可以使用材料校准拟合工具指定非牛顿液体的材料属性。请参见校准非牛顿模型参数。

指定混合物的材料属性。

展开多相 > 混合物 > 材料属性节点，选择各个材料属性节点，并根据需要修改属性值。
可指定以下混合物属性：
- 动力粘度
- 比热（激活能量模型时）
- 导热率（激活能量模型时）
设置每个相的初始体积分数。
请参见设置初始条件。
如果希望具有尖锐相交界面的自由表面流在模拟中的同一对相之间与离散混合物共存，则选择混合多相流 (MMP) 节点并将对流设为自适应交界面锐化。

当存在此类交界面时，此方法对相之间的交界面进行建模，并相应地处理体积分数传输。

添加了自适应交界面锐化子节点和大尺度交界面检测子节点，可在其中设置相应属性。

请参见体积分数的自适应交界面锐化 (ADIS) 方案和大尺度交界面检测。
对于可压缩的 MMP 模拟（即其中马赫数超过约 0.3），将面密度重构设为二阶。

此选项的计算成本更高，但在所有传输方程之间提供了更高的一致性。

请参见混合多相 (MMP) 属性。
（可选）设置任何多孔区域。

Simcenter STAR-CCM+ 提供了两种方法来对多孔介质对流的影响进行建模。一种方法是多孔区域建模，这种方法将源项引入动量输运方程中以近似压力损失。另一种方法是使用固相进行多孔介质建模，这种方法更为普遍，因为它考虑到当流进入多孔介质时物理速度会提高。

在这两种方法中，都要指定区域的孔隙率、每个相的多孔惯性阻力和多孔粘性阻力，以及所需的任何体积分数源。

请参见多孔区域工作流和多孔介质模型工作流。

定义相间相互作用，指定两个相互作用相，并选择适当的相间相互作用模型。

右键单击多相流相互作用 > 相间相互作用节点，然后选择新建 > [主相] > [次相]。
Phase Interaction 1(相间相互作用 1) 节点将添加到相间相互作用下。
右键单击 [相间相互作用] > 模型节点，然后单击选择模型。

在模型选择对话框中，按顺序激活以下模型：


组合框	模型
启用模型	系统会根据在物理连续体中激活的模型以及为相互作用选择的相对，自动选择适当的相间相互作用拓扑： MMP-MMP 相间相互作用液膜-MMP 相间相互作用仅当在物理连续体中激活液膜多相模型时，此模型才可用。 MMP-拉格朗日相间相互作用仅当在物理连续体中激活拉格朗日多相流模型时，此模型才可用。
可选模型	对于 MMP-MMP 相间相互作用，以下相间相互作用模型可用：相互作用长度尺度请参见相互作用长度尺度模型参考。多相材料滑移速度请参见滑移速度模型。在某些情况下，滑移速度模型可能不稳定，尤其是对于相互作用长度尺度。下面列出了可以解决此问题的两种方法。设置相滑移速度求解器亚松弛因子。亚松弛值越小，稳定性越高，但收敛速度也越慢。设置相滑移速度求解器体积力平滑迭代。值越大，特定体积力的均匀越分布，因此稳定性越高，但也会降低体积力的局部分辨率。请参见相滑移速度求解器属性。如果要应用交界面湍流阻尼，选择交界面湍流阻尼。请参见交界面湍流阻尼模型参考。如果要对相间总体沸腾率或冷凝率进行建模，选择沸腾/冷凝。请参见沸腾建模。如果要对蒸发或冷凝建模，选择 Spalding 蒸发/冷凝。此模型仅适用于多组分相。请参见 Spalding 蒸发/冷凝模型。如果要考虑破碎和聚结对预测颗粒尺寸分布的影响，分别选择 S-Gamma 破碎和 S-Gamma 聚结。请参见离散求积 S-Gamma 相间相互作用模型参考。如果要对表面张力进行建模，选择表面张力。请参见表面张力模型参考。如果要对相间反应建模，选择相间反应。这两个相必须是多组分相。请参见相间反应模型参考。如果要替换相（即，将指定网格单元中不需要的相替换为适合的相），则选择相替换。请参见相替换模型参考。对于液膜-MMP 相间相互作用，以下相间相互作用模型可用：入射碰撞质量通量请参见入射碰撞质量通量。剥离请参见剥离。对于 MMP-拉格朗日相间相互作用，以下相间相互作用模型可用：已解析转换 - 标识以显著动量和速度穿过 MMP-LSI 场的大型液滴（也称为弹道液滴），并将其转换为计算效率更高的拉格朗日颗粒包。请参见已解析过渡。子网格转换 - 标识小型拉格朗日颗粒包（雾），并将其转换为计算效率更高的 MMP 混合物。请参见将离散相转换为已求解液滴或气泡（LMP 至 MMP）。碰撞 - 对拉格朗日相碰撞 MMP 连续相进行建模。请参见对多相混合物的离散相碰撞建模（LMP 至 MMP）。

默认情况下，MMP-MMP 相间相互作用支持多流态（第一离散流态、第二离散流态、中间流态）。使用每个流拓扑流态的相互作用的加权总和来计算阻力等值。指定要在流态转换中使用的混合函数。或者，可以将流态限制为仅第一离散流态或仅第二离散流态。

指定流态：


流态	步骤
无限制（多流态）	选择[相间相互作用] > 模型 > MMP-MMP 相间相互作用节点，并确保将流态设为无限制。选择 MMP-MMP 相间相互作用 > 流态加权函数节点，并将方法设为以下任一选项：梯度校正标准标准用户指定请参见流态加权函数属性。
受限（仅第一离散流态或仅第二离散流态）	选择[相间相互作用] > 模型 > MMP-MMP 相间相互作用节点，然后将流态分别设为仅第一离散流态或仅第二离散流态。

请参见 MMP-MMP 相间相互作用属性。

如果任何选定的质量传递模型具有多组分相，则必须将一个相中的组分映射到其在另一个相中的对应组分。

展开[相间相互作用] > 模型节点，然后选择质量传递模型节点。单击连接属性对应的（自定义编辑器）。
在组分映射 - 连接对话框中，匹配每个组分对。
设置相应的相间相互作用模型属性。
请参见 Spalding 蒸发/冷凝模型、离散求积 S-Gamma 相间相互作用模型、沸腾建模。

如果要模拟因毛细管效应或渗透压引起的扩散等效应，为每个相指定适当的动量源。

选择区域 > [物理连续体] > 相条件 > [相] > 物理条件 > 动量源选项节点，然后将动量源选项设为指定。

请参见区域设置。

如果要减少模拟的运行时间而不影响质量，可以使用多步进和/或自适应时间步进。在多步进中，使用缩减的时间步对体积分数输运方程执行子步进。通过使用多个子步，可以增大全局时间步，从而降低计算成本。自适应时间步进用于根据物理或数值条件控制时间步。

如果要使用多步进来改进交界面分辨率而不减小全局时间步：
1. 选择求解器 > 分离 MMP 节点，然后将子步数设为大于一的值。
  
  选定此选项后，分离 MMP 求解器在每个时间步执行多步。请参见分离 MMP 求解器属性。
如果要应用自动时间步控制，则选择自适应时间步模型并设置自适应时间步求解器属性。

请参见设置自适应时间步进。