STAR CCM+中的多相流模型

STAR CCM+中包含有多种类型的多相流模型，这里进行简单的总结。

注：下文中的内容为ima从STAR CCM+ 2602用户文档提取总结而来。内容准确性及真实有效性需自行判断。

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1 欧拉描述的多相流模型

1.1 Eulerian Multiphase (EMP)

• 特点：
• 为每个相求解独立的守恒方程。
• 支持的相类型：气体、液体和颗粒（粒状）。
• 支持相间的能量、动量和质量传递。
• 支持多流态模型：分散（气泡/液滴）、大界面（自由表面）、对称/混合。
• 包含粒状相模型、群体平衡模型（S-Gamma或A-MUSIG）、壁面及整体沸腾、相层级湍流建模和相化学反应等高级功能。
• 优点：功能最全面，能处理复杂的相间相互作用和不同的流态，精度高（各相独立求解）。
• 缺点：计算成本较高（相较于MMP和DMP），因为需要为每个相求解独立的方程。

1.2 Volume of Fluid (VOF)

• 特点：
• 求解单组守恒方程加上一个体积分数方程。
• 专门用于追踪不混溶流体之间的自由表面。
• 使用高分辨率界面捕捉（HRIC）格式。
• 支持相变过程（蒸发、冷凝、沸腾、溶解、熔化凝固等）。
• 支持VOF到Lagrangian的解析过渡（混合方法）。
• 优点：计算效率相对较高（仅求解一组动量方程），特别擅长捕捉自由界面和大界面问题。
• 缺点：假设相间不混溶且共享同一速度场和压力场（无滑移），不适合模拟相间存在明显相对滑移或分散的流动。

1.3 Mixture Multiphase (MMP)

• 特点：
• 简化的多相流模型，假设混合物为均质的单相系统。
• 支持大界面追踪和较大液滴向Lagrangian的过渡。
• 优点：通过假设均质单相系统，显著减少了计算工作量。
• 缺点：过于简化，无法像EMP那样捕捉各相独立的动力学行为，仅适用于相间充分混合且速度差异不大的场景。

1.4 Dispersed Multiphase (DMP)

• 特点：
• 轻量级方法，以欧拉方式求解分散相。
• 支持单向或双向耦合。
• 可以与Fluid Film模型相互转化（形成或被形成）。
• 包含S-Gamma模型以预测分散相的液滴/气泡尺寸分布。
• 优点：轻量级，计算资源消耗低，适合对计算效率要求较高的分散相模拟。
• 缺点：功能相对基础，仅限于分散相的模拟，复杂相互作用（如EMP中的多流态详细解析）受限。

1.5 Fluid Film Model

• 特点：
• 求解表面上的薄膜流动。
• 膜的形成方式：用户初始化、边界注入或来自其他相的撞击。
• 支持边缘或波浪剥离。
• 支持相变过程（包括UNIFAC蒸发）。
• 可结合网格变形模拟积冰（从冻结薄膜中移除质量）。
• 优点：专门针对表面薄膜问题设计，能处理极薄液膜的复杂行为（剥离、积冰等）。
• 缺点：仅适用于表面薄膜这一特定场景，不能独立模拟大空间内的多相流动。

2 拉格朗日描述

2.1 Lagrangian Multiphase (LMP)

• 特点：
• 通过气态或液态连续相模拟固体颗粒、液滴或气泡（分散相）的输送。
• 粒子运动方程包含：阻力、压力梯度、虚拟质量、重力和体积力。
• 支持多组分液体和固体颗粒。
• 包含传热传质（含UNIFAC蒸发）、撞击侵蚀、雾化和破碎、碰撞和聚结、库仑力等功能。
• 支持与VOF相之间的质量传递。
• 优点：能够精确追踪每个粒子/液滴的轨迹和详细物理行为（如破碎、碰撞、侵蚀），适合模拟喷雾、燃烧颗粒等离散相问题。
• 缺点：当分散相数量极大时，计算成本会急剧上升；主要用于模拟分散相，不适用于连续相混合问题。

3 无网格方法

3.1 Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH)

• 特点：
• 主要用于动力系统润滑。
• 不需要体网格。
• 模拟瞬态受动量驱动的流动。
• 具有优化的可扩展性（每个核心最多支持8000个粒子）。
• 包含入口边界条件，兼容DFBI运动学求解器。
• 优点：无需体积网格，避免了网格畸变问题，特别适合处理自由表面飞溅、大变形等瞬态流动。
• 缺点：目前主要针对动力系统润滑等特定应用场景，边界条件处理相对传统网格方法有限。

（完）