Mehrphasenmodelle

Mehrphasenmodelle beschreiben das physikalische Verhalten mehrerer Fluide. Dabei können die beschriebenen Flüssigkeiten bzw. Gase mischbar oder nicht mischbar sein. Mit VOF-(Volume of Fluid)-Modellen lassen sich zwei oder mehr unmischbare Fluide (Luft/Wasser, Öl/Wasser etc.) simulieren. Dabei werden die Grenzen zwischen den Fluiden und Effekte bedingt durch die Oberflächenspannung wie Tropfenbildung und Zerfall räumlich und zeitlich scharf aufgelöst und das zeitliche Verhalten abgebildet. Mischbare Fluide werden mit ähnlichen Ansätzen modelliert, wobei Misch- und Entmischvorgänge simuliert werden können.

Folgendes Video zeigt als Anwendungsbeispiel für instationäre Mehrphasensimulationen das Suspendieren von zwei unmischbaren Phasen in einem Fermenter. Von links nach rechts sind abgebildet: Phasengrenzflächen gefärbt nach Absolutgeschwindigkeit, Absolutgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsvektoren. Der Durchmesser des Fermenters beträgt 1m, der Impeller dreht sich mit 50 Umdrehungen pro Minute.


 

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Das nächste Video zeigt die instationäre Simulation einer Rayleigh-Taylor Instabilität. Die rot gefärbte Flüssigkeit hat die gleiche Viskosität aber eine um 0,5% höhere Dichte als die blaue Flüssigkeit. Auf Grund der Schwerkraft kommt es zur (chaotischen) Durchmischung der beiden Flüssigkeiten welche durch den Dichteunterschied angetrieben wird. Das Video spielt mit 3-facher Realgeschwindigkeit ab.


 

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