Начните не с модели, а с физики
Главная ошибка при выборе многофазной модели — начинать с меню CFD-пакета. Сначала сформулируйте, что именно происходит с фазами: есть ли выраженная граница раздела, насколько сильно фазы перемешаны, сравнимы ли их скорости, важны ли столкновения и распределение размеров пузырьков или капель.
Если границу вода–газ нужно видеть как поверхность, это один класс задач. Если газ существует как множество пузырьков внутри жидкости — другой. Если обе фазы образуют взаимопроникающие континуумы с сильным скольжением, требования к модели становятся ещё выше.
Когда уместен VOF
VOF хорошо подходит для задач со свободной поверхностью и крупными разделами фаз: заполнение ёмкости, перелив, волны, движение пробки жидкости, крупная струя в газе. Он хранит объёмную долю фазы в ячейке и реконструирует положение интерфейса.
Сильная сторона VOF — геометрия интерфейса. Слабая — задачи, где в каждой ячейке одновременно существует множество мелких пузырьков или капель. В таком режиме интерфейс уже нельзя разумно разрешить сеткой без огромной стоимости расчёта.
Когда работает Mixture
Mixture — компромиссная модель для дисперсных потоков, когда фазы заметно скользят относительно друг друга, но полноценная Eulerian-постановка кажется избыточной. Решается смесь, а относительное движение фаз описывается приближённо.
Она часто полезна на предварительном этапе: оценить распределение фаз, перепад давления и общий теплообмен. Но если локальное взаимодействие фаз определяет весь результат — например, режим барботажа и межфазное сопротивление — приближения Mixture могут оказаться слишком грубыми.
Когда нужен Eulerian
Eulerian-модель рассматривает каждую фазу как взаимопроникающий континуум и решает для неё собственные уравнения сохранения. Это делает модель дороже, зато позволяет существенно подробнее задавать межфазные силы, обмен импульсом и теплом.
Для плотных пузырьковых потоков, псевдоожиженных слоёв и задач с большим slip velocity Eulerian обычно даёт более естественную постановку. Но качество результата сильно зависит от closure-моделей: drag, lift, turbulent dispersion, wall lubrication и закона теплообмена.
Практический чек-лист
- Определите морфологию фаз: поверхность, струя, пузырьки, капли или плотная дисперсия.
- Оцените масштаб включений относительно сетки. Если один пузырёк должен занимать десятки ячеек — интерфейс можно разрешать. Если в ячейке их много — нужен усреднённый подход.
- Оцените slip velocity. Большая разница скоростей сама по себе не запрещает VOF, но часто указывает на дисперсный режим, где VOF физически неудобен.
- Проверьте, какие межфазные силы реально влияют на ответ.
- Сделайте простой baseline и только потом добавляйте сложность.