CFD软件：OpenFOAM二次开发_（20）.多相流与化学反应模拟.docx

PAGE1

PAGE1

多相流与化学反应模拟

在航空航天领域，多相流和化学反应模拟是非常重要的研究内容。这些模拟可以用于研究发动机燃烧过程、燃料喷射、燃烧室内的火焰传播等复杂现象。OpenFOAM作为一个高度可定制的CFD软件，提供了丰富的工具和方法来处理这些复杂的物理过程。本节将详细介绍如何在OpenFOAM中进行多相流和化学反应的二次开发，包括相关的理论基础、实现方法和具体示例。

1.多相流模型

多相流是指两种或多种不同相态的流体（如气体、液体和固体）同时存在的流动。在OpenFOAM中，多相流模型主要分为两类：欧拉模型和拉格朗日模型。

1.1欧拉模型

欧拉模型是基于连续介质假设，将每种相视为连续的流体场。这些流体场通过相间相互作用力进行耦合。欧拉模型适用于相界面不清晰、相间混合程度较高的流动，如气液两相流、气固两相流等。

1.1.1基本方程

欧拉模型的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。对于两相流（例如气液两相流），这些方程可以表示为：

质量守恒方程：

$$

+(_i_ii)=S{_i}

$$

其中，αi是第i相的体积分数，ρi是第i相的密度，Ui是第i

动量守恒方程：

$$

+(_i_i_i_i)=-_ip+(_i_i(_i+(_i)^T))+_ii+S{_i}

$$

其中，p是压力，μi是第i相的动态黏度，Fi是相间相互作用力，

能量守恒方程：

$$

+(_i_iE_i_i)=(_i_i)+_i_ii+S{E_i}

$$

其中，Ei是第i相的总能量，qi是第i相的热流密度，

1.1.2实现方法

在OpenFOAM中，多相流的欧拉模型通常通过以下步骤实现：

定义相：在控制文件中定义每种相的物性参数。

设置初始条件：设置初始的体积分数、速度和温度等。

选择合适的物理模型：选择适合问题的物理模型，如相间相互作用力模型、传热模型等。

求解方程：使用OpenFOAM提供的求解器或自定义求解器求解上述基本方程。

1.1.3代码示例

以下是一个简单的气液两相流模拟的OpenFOAM代码示例。我们将使用interFoam求解器进行模拟。

//interFoam求解器的控制文件

FoamFile

{

version2.0;

formatascii;

classdictionary;

locationsystem;

objectcontrolDict;

}

//模拟控制参数

applicationinterFoam;

startFromstartTime;

startTime0;

stopAtendTime;

endTime10;

deltaT0.01;

writeControltimeStep;

writeInterval1;

purgeWrite0;

writeFormatascii;

writePrecision6;

writeCompressionoff;

timeFormatgeneral;

timePrecision6;

runTimeModifiableyes;

//物性文件

FoamFile

{

version2.0;

formatascii;

classdictionary;

locationconstant;

objecttransportProperties;

}

//定义气液两相的物性参数

phases(waterair);

water

{

transportModelNewtonian;

nu[02-10000]1.0e-06;

rho[1-300000]1000;

}

air

{

transportModelNewtonian;

nu[02-10000]1.5e-05;

rho[1-300000]1.225;

}

//初始条件文件

FoamFile

{

version2