Çok fazlı akışta model seçimi, tek fazlı akıştaki türbülans modeli seçiminden daha belirleyicidir. Yanlış yaklaşımla kurulan bir problem yakınsasa bile doğru cevabı veremez, çünkü modellenmek istenen fizik denklemlerde yoktur [1] [2].
Karar iki soruyla verilir
1. İkincil fazın hacim oranı nedir? 2. Arayüz ağla çözülebilecek ölçekte mi, yoksa ağdan küçük mü?
Serbest yüzey yaklaşımı
Arayüz ağla çözülür ve takip edilir. Fazlar ayrışmış, arayüz büyük ve süreklidir.
Nerede: tank doldurma ve boşaltma, çalkalanma, savak ve kanal akışı, dalga, ayırıcı içindeki sıvı seviyesi.
Şartı: arayüzü çözecek kadar ince ağ ve küçük zaman adımı. Arayüz bölgesinde Courant sayısı genellikle birin altında tutulur.
Ötelenmiş (Euler-Euler) yaklaşım
Fazlar iç içe geçmiş sürekli ortamlar olarak çözülür. Arayüz çözülmez, modellenir.
Nerede: kabarcıklı kolon, akışkan yatak, yoğun katı taşınımı — ikincil faz hacim oranının yüzde on mertebesini aştığı her yer.
Bedeli: fazlar arası sürükleme, kaldırma ve türbülans etkileşimi için kapatma ilişkileri gerekir. Sonuç bu ilişkilerin seçimine duyarlıdır ve bu duyarlılık raporlanmalıdır.
Parçacık takibi (Lagrange)
İkincil faz ayrık parçacıklar olarak izlenir, sürekli faz üzerinden çözülür.
Nerede: siklon ve ayırıcıda toz tutma verimi, püskürtme ve buharlaşma, erozyon, damlacık taşınımı. Hacim oranı tipik olarak yüzde onun altında olmalıdır.
Dikkat: verim eğrisi parçacık boyut dağılımına doğrudan bağlıdır. Tek bir ortalama çapla koşmak, en kritik büyüklüğü — küçük parçacıkların kaçış oranını — silmek demektir.
Kavitasyon
Ayrı bir başlıktır: faz değişimi basınçla sürülür. Pompa ve valfte kavitasyon başlangıcı sorulduğunda buhar basıncı, çekirdeklenme ve çözünmüş gaz birlikte ele alınmalıdır. Zamana bağlı çözüm çoğu zaman gereklidir, çünkü anlık en düşük basınç ortalamanın belirgin altındadır.
Ortak kural
Hangi yaklaşım seçilirse seçilsin, doğrulama verisi olmadan çok fazlı sonuç mutlak sayı olarak verilmemelidir. Karşılaştırmalı kullanım — A tasarımı B'den iyi mi — çok daha güvenilirdir.
Kaynaklar
- Hirt, C. W. & Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 39(1), 201–225. DOI: 10.1016/0021-9991(81)90145-5
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806
- Singhal, A. K., Athavale, M. M., Li, H. & Jiang, Y. (2002). Mathematical basis and validation of the full cavitation model. Journal of Fluids Engineering, 124(3), 617–624. DOI: 10.1115/1.1486223