验证 S-Gamma 模型

将 S-Gamma 模型的结果与实验数据进行比较，特别是离散相的 Sauter 平均直径和交界面面积密度。

交界面面积密度使用场函数计算。交界面面积基于气泡的尺寸分布，定义如下：
A = π   ∫ d p 2 n ( d p )   d ( d p ) = π S 2
(5401)
其中：
  • d p d_p 为气泡直径。
  • n ( d p ) 为尺寸分布函数，其假设为对数正态函数。
  • S 2 为气泡尺寸分布的二阶矩。在 Simcenter STAR-CCM+， S 2 是直接计算的。因此，将场函数中的交界面面积密度定义为 π S 2 。

为方便起见，提供以下已包含实验数据的绘图：

  • 相互作用面积密度

  • Sauter 平均直径

要验证 S-Gamma 模型：

  1. 创建交界面面积密度的场函数：
    1. 右键单击自动化 > 场函数节点并选择新建 > 标量。
    2. 将用户场函数 1 节点重命名为交界面面积密度。
    3. 选择交界面面积密度节点，然后设置下列属性：
      属性 设置
      函数名 相互作用面积密度
      量纲 长度设为 -1。
      定义 $SecondSizeDistributionMomentAir*3.14
  2. 将模拟数据添加到交界面面积密度绘图中：
    1. 右键单击绘图 > 交界面面积密度节点，然后选择添加数据。
    2. 在将数据提供方添加至绘图对话框中，选择衍生部件 > 线探针。
    3. 单击确定。
    4. 选择交界面面积密度 > 线探针节点，然后设置下列属性：
      节点 属性 设置
      图例名称 S-Gamma
      线样式 样式 实体
      底轴数据 数据类型 标量
      标量函数 场函数 标准化径向位置
      左轴数据
      标量函数 场函数 相互作用面积密度
    交界面面积密度绘图如下所示：

  3. 将模拟数据添加到 Sauter 平均直径绘图中。
    1. 右键单击绘图 > Sauter 平均直径节点，然后选择添加数据。
    2. 在将数据提供方添加至绘图对话框中，选择衍生部件 > 线探针。
    3. 单击确定。
    4. 选择 Sauter 平均直径 > 线探针节点，然后设置下列属性：
      节点 属性 设置
      图例名称 S-Gamma
      线样式 样式 实体
      底轴数据 数据类型 标量
      标量函数 场函数 标准化径向位置
      左轴数据
      标量函数 场函数 Sauter 平均直径 > 空气的 Sauter 平均直径
      单位 mm
    Sauter 平均直径绘图如下所示。

    将气泡的 Sauter 平均直径和交界面面积密度与 [989] 报告的实验数据相比较时，预测的气泡直径（范围为 1.9 mm 到 6.2 mm）与 S-Gamma 模型的结果非常吻合。在壁面附近观察到的较小气泡尺寸归因于两个主要因素。首先，近壁区域的体积分数较低，这降低了气泡聚结率。其次，壁面附近的高速度梯度促进了气泡破碎。

    交界面面积密度的径向分布与实验数据总体吻合。模拟和实验之间的差异主要体现在近壁区域。尽管可以精确预测气泡直径，但这些区域的体积分数预测值偏低。由于交界面面积密度是气泡尺寸和体积分数的函数，因此壁面附近的预测值偏低。