有关OpenFOAM中的双流体模型

李东岳

东岳先生，您有文章讲最新的twophaseEulerFoam求解器的文章吗？老版本的很好理解，新版本的求解器我看了看很复杂，不知道该怎么理解，我也打算用，可是还没理解透彻，老师谢谢你了，还有我提的程序问题，上一条回复，不好意思回复自己了，您看看，非常感谢

如果你说的老版本是bubbleFoam，其中界面交换项是存在alpha1，alpha2的，但是新版本的求解器没有采取bubbleFoam的求解思路，因此没有alpha1。

李东岳

看这个：M. Ishii, T. Hibiki, Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Flow, Second Edition

金石为开

@李东岳看了看，有点吃力，我没有学过热物理，没有热背景，我气液问题不涉及到传热，我打算不解能量方程了。不过还是谢谢老师

金石为开

@李东岳是的，没有这项，求解思路变了，那有什么依据吗？不是Rusche那篇论文思路了？有论文依据吗？谢谢~

李东岳

@金石为开 Rusche中表3.1，右边的是bubbleFoam的方程，左边的是你看到的缺少系数的方程。

金石为开

@李东岳 {捂脸}，看来我要把那篇论文打印出来好好看看！谢谢老师。我也开始研究可压求解器了，看到您博客有一步推导，没看懂，推了几次都不对，

19式。老师您看看~~谢谢

金石为开

@李东岳东岳先生，我看多相流计算需要群体平衡模型，可是目前openfoam版本里面两相欧拉貌似没有这个模型，请问下openfoam里面有类似群体模型的实现吗？借鉴借鉴，谢谢

李东岳

@金石为开
目前并没有群体平衡模型，官方正在开发，看Henry造化了....

金石为开

@李东岳东岳先生，以你的了解，我要研究气泡流，考虑气泡之间作用，没有群体平衡模型，用其他啥方法可以做到呢？我知道的几种有IATE，DPMFoam，你怎么看，这些可以做到吗？谢谢老师

金石为开

@李东岳老师我正研究两相流代码，看到里面有一个Partial Elimination Algorithm（PEA算法）这是什么东西？第一次听说，老师懂么？可否解释一下？或者提供资料看看呢？谢谢

CFD中文网

用来离散曳力的，曳力很重要，搞出来不同的方法，PEM，PIM。See: Spalding D B. Numerical computation of multi-phase fluid flow and heat transfer[J]. Recent advances in numerical methods in fluids, 1980, 1: 139-167.

CFD中文网

最近测试了几个数据，semi-conservative以及fully-conservative形式的方程求解的过程中，至少对于实验室规模的鼓泡床数据都还可以哈。
0_1483069128791_草图.png

对于PEA，建议看Alberto的这个文章，相对更容易，你知道一般原始文章都比较晦涩:sunglasses: ：
Passalacqua A, Fox R O. Implementation of an iterative solution procedure for multi-fluid gas–particle flow models on unstructured grids[J]. Powder technology, 2011, 213(1): 174-187.

liuyf

@cfd-china 请问你的计算结果是多长时间的平均值？鼓泡床的计算网格是几维？谢谢

liuyf

@cfd-china 感觉到OpenFOAM 4.x，发现还是没有解决bubble column上部无液体区域中仍有液速的问题

李东岳

@liuyf 出现相分离的情况，openfoam发布的现存的代码都采用不同的方法来解决这个问题。在采用非守恒形式的时候，相分离气体的速度为气泡最终速度。在采用半守恒或者全守恒的时候。完全的相分离气体的速度等于液体的速度。这也比较符合物理的。当气体相分数非常低，气泡速度约等于液体运动速度。

目前更加困难的是壁面附近的相界面交换力的数值处理防止振荡。

刘扬

@李东岳请问东岳大神《OpenFOAM用户指南》，《OpenFOAM编程指南》，《ANSYS Fluent群体平衡模型指南》这三本书怎么找，哪里有资源

金石为开

@李东岳东岳老师，我就是用twophaseEulerFoam求解气泡流的，不过计算过程中总是发散，或者计算一段时间就crash了，以你的经验我该注意些什么？之前是alpha0边界给的1估计导致发散，可变成0.3也后期发散了，还有别的可能吗。?或者有相关的案例资料也可以？谢谢老师~

CFD中文网

@liuyf 在有关OpenFOAM中的双流体模型中说：

请问你的计算结果是多长时间的平均值？鼓泡床的计算网格是几维？谢谢

3维的，150s的平均值。

李东岳

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经测试，虽然可以使用比较大的时间步长，最新版本的双流体模型的求解器在壁面附近依然存在压力波锯齿分布，对比老算法，在网格不是太细的情况下已经大大改善。但是吐中网格细化之后，还存在问题。

李东岳

一年过去了，好久没来，上次做这个验证还在2017年3月份...哈哈

目前并没有群体平衡模型，官方正在开发，看Henry造化了…

OpenFOAM已经发布。植入的是离散法。我的前雇主单位HZDR贡献的代码。目前还在测试中。

挖坟更新下，关于这个动量插值方法，理论上，来源于动量方程的源项处理。即将CFD动量方程中的力区分为体积力和表面力。

体积力

若按照体积力的方式处理。例如twoPhaseEulerFoam双流体模型中原本的曳力：

UbEqn = 
        (
            (scalar(1) + Cvm*rhob*alpha/rhob)*
            (
                fvm::ddt(Ub)
              + fvm::div(phib, Ub, "div(phib,Ub)")
              - fvm::Sp(fvc::div(phib), Ub)
            )
          - fvm::laplacian(nuEffb, Ub)
          + fvc::div(Rcb)
          + fvm::div(phiRb, Ub, "div(phib,Ub)")
          - fvm::Sp(fvc::div(phiRb), Ub)
          + (fvc::grad(beta)/(fvc::average(beta) + scalar(0.001)) & Rcb)
         ==
          - fvm::Sp(alpha/rhob*K, Ub)//按照体积力处理
          + alpha/rhob*(liftCoeff + Cvm*rhob*DDtUa)//按照体积力处理
        );

这种方式是一种非守恒的处理方式，在这种情况下，网格正交性、三个方向的导数均会影响计算结果。大量的案例均证实了twoPhaseEulerFoam双流体模型对非正交网格的支持性较差。同时，这种非守恒的处理方式，会引起非守恒误差，虽然网格分辨率越高，误差越小。但对于双流体模型，网格还不能的任意小（双流体模型网格限制性）

表面力

另一种方式是按照表面力来处理，比如不可压缩流动量方程中的压力，代码为

solve(UEqn == -fvc::grad(p));//按照表面力计算fvc::grad(p)

VOF中的表面张力：

        solve
        (
            UEqn
         ==
            fvc::reconstruct
            (
                (
                    fvc::interpolate(interface.sigmaK())*fvc::snGrad(alpha1)
                  //公式(23)第4项，按照表面力计算fvc::snGrad(alpha1)
                  - ghf*fvc::snGrad(rho)
                  //公式(23)第5项，同
                  - fvc::snGrad(p_rgh)
                  //公式(23)第6项，同
                ) * mesh.magSf()
            )
        );

这是一种按照表面力的方式的直接植入。在有限体积法法中，力通常按照表面力的方式来处理（守恒的）。同时，需要注意压力棋盘分布的处理。

在新版的twoPhaseEulerFoam双流体模型求解器中，曳力、升力等均按照表面力的方式来处理。同时保留了体积力的处理方式，用户可进行选择。个人针对这个新算法做了一些测试，其能很好的保证无震荡，但是和实验值比起来误差非常大： http://www.cfd-china.com/topic/956 个人感觉是为了防止震荡，速度方程的处理过于激进，有待后续研究。

各种力的处理方式，实际上都是求解的同一个方程，但是结果截然不同，可能这就是CFD算法的奥妙吧！！

CFD中文网

有关OpenFOAM中的双流体模型

体积力

表面力