Drift Flux / 드리프트 플럭스 모델

드리프트 모델은 다른 밀도를 갖는 두 개의 혼합된 유체성분(하나는 연속적이고 다른 하나는 분산된)의 상대운동을 기술한다. 성분은 같거나 다른 상(phase) 또는 같은 상(phase)을 가질 수 있으나 다른(균일하게 혼합될 수 없는) 유체이다.

이 모델은 Viscous flow option (IFVISC =1) 의 활성화가 필요하다.

1. Versions of the Model / 모델의 버전

 

자유표면의 유무에 상관없이 밀도 변화를 갖는 한 유체: 이는 사용자가 두 상의 혼합을 해석하게 해주며, 공간을 갖는 천이성 자유표면도 포함시킬 수 있다. 유체는 각각 일정한 밀도를 갖는 두 성분의 혼합물이다. 우선 General One fluid option 이 선택되어야 하고, variable density model 이 Physics Density Evaluation First order approximation to density transport equation 또는 Second order approximation to density transport equation 에서 선택되어야 한다. 둘째로 Physics Drift-flux 에서 드리프트 플럭스 모델을 활성화시킨다. 연속 상의 밀도는 Fluids Properties Density Fluid 1에서 정의된다. 분산된 성분(즉, 기포들, 고체입자 들, 또는 비혼합성 액체 방울 들)에 대해 밀도는 Physics Drift-flux Density of the dispersed phase 에서 설정된다. 초기 밀도분포는 Initial – 참조 Local Fluid Initialization 에서 설정된다. 경계 조건, 즉 속도나 압력 경계에서의 혼합물 밀도는 Boundaries 에서 설정된다. – Mesh Boundary Conditions 참조. 혼합밀도의 초기와 경계값은 두 성분 밀도 사이의 범위 값이어야 한다. 이 경우 열전달은 허용되지 않는다. (즉 등온적 해석만 가능하다).

자유표면의 유무에 상관없이 응고가 일어나는 한 유체의 유동: 유체는 각 일정 밀도를 갖는 액체와 고상의 혼합물이다. General One fluid option 을 선택한다. 응고모델은 Physics Solidification 에서 활성화된다. 참조 Solidification. 액체(연속적) 와 고상(분산된)밀도는 경우1에서와 같이 정의된다. Physics Density Evaluation 에서 Constant uniform density 또는 Density evaluated as a function of other quantities 가 사용될 수 있다.

일정한 밀도를 갖는 두 비압축성 유체: General Two fluids, No sharp interface and Incompressible 를 선택한다. 두 유체들의 밀도는 위에서 보여진 drift-flux 창이 아니고 Fluids Properties Density 에서 정의된다. Phase #1 은 유체#1이고 phase #2 는 유체#2이다.

비압축성과 압축성 유체의 혼합; 이 경우 압축성 유체(유체#2)의 밀도는 상태방정식에 의해 정의되고 비압축성 유체는 일정 밀도를 가지며, 항상 가스 밀도보다 크다고 가정한다. General → Two fluids, No sharp interface and Compressible 을 선택한다. 유체#1의 밀도는 Fluids → Properties → Density 에서 정의된다. 가스 물성치는 일반 압축성 유체에서와 같이 정의된다.

2. Calculation of drag between the phases 상 사이의 항력 계산

모델은 상 들간의 항력 계산을 위해 두 항을 가지고 있다: 선형 및2차형(approximation of momentum coupling 참조). 선형 항은 Stokes 형태의 분산된 상들 주변의 연속상의 점성유동을 기술하고, 2차항은 여러 가지의 유동현상을 포함하기 위해 두 상 사이에 작용하는 압력의 힘을 고려한다.

단위체적당 항력(Kp)은

  (11.4)

where: 여기서

  • Ap 는 분산상의 체적당 단면적이며, 사용자가 정의한 Average particle radius 로 부터 계산된다.
  • ρc µc 는 유체의 밀도 및 동점성이며,
  • CD 는 사용자가 지정하는 Drag coefficient 이다. 이는 무차원 수이며 구(디폴트)에 대한 값은 0.5이다.
  • Rp 는 분산된 성분의 평균 입자크기이다.

상들 간의 상대속도는 단지 압력 구배(∇P)인 drift 의 (체적당) driving force 를 식11.4와 결합하여 계산한다. 상대속도는 나타나는2차항식의 결과로부터 계산된다.

추가로 Physics Drift-flux Volume fraction of dispersed phase at inversion point 가 분산 상의 방울들의  유착을 체적율 내 연속적인 유체로 모델링 하는데 사용된다. 두 번째 상의 체적율이 역전점 밑으로 떨어지면 다시 분산 상으로 되돌아간다. 이는 기름/물의 분리기 같은 장치에 중요할 수 있다.

Richardson-Zaki 모델은 각 방울/입자/버블이 주변의 방울/입자/버블 들을 보지 못한다고 가정하고 있으므로, 이 모델은 분산된 상의 농도가 유한하게 될 때 이들의 상호작용의 영향을 개략화 한다. 이 모델은 상들 간의 상대속도 ur 를 제한하기 위해 사용한다.

여기서

  • 입자-입자에 의한 ur 는 조정된 상대속도이다.
  • ur 는 식11.4를 사용하여 계산된 상대속도이다.
  • Rm 는 사용자가 지정한 Richardson-Zaki 계수 승수이며,
  • Rz 는 입자 레이놀즈 Rep 수에 근거하여 결정되는 Richadson-Zaki 계수이다.
Particle Reynolds number, Rep Richardson-Zaki Coefficient, Rz
Rep ≤ 0.2 4.65
0.2 < Rep ≤ 1.0 4.35 Re0p.03
1.0 < Rep ≤ 500 4.45 Re0p.1
Rep > 500 2.39

이 드리프트 모델을 사용하는 특수한 경우를 위해서는 Model Reference -> Escape of Gas through a Free Surface 참조

3. Escape of Gas through a Free Surface / 자유표면을 통한 가스의 유출

drift-flux 모델은 상이나 구성요소가 강력하게 결합된 두 상간의 유동상태를 모델링 하는데 유용하다.  이 모델의 일반 적용을 위해 Drift Flux 를 참조한다. 이 모델은 무거운 유체 속에 분산되있는 가벼운 물질이 압력구배의 방향으로 움직이는 것을 가능하게 해준다. 단일 유체혼합물에 적용된 표준 drift flux 모델에서는 양 구성요소 들은 유체#1로 되어 있다. 그러므로 두 구성 요소가 분리되어도 일정하게 유지된다. 자유표면으로 떠오르는(drifting) 작은 가스기포의 경우에 가스가 위에 놓인 가스영역으로 빠져나가는 모델이 사용되지 않는 한 기포질량은 표면에 축적될 것이다. 이는 가스의 방출 옵션을 위한 것이다.

Physics → Drift-flux 모델이 활성화되어야 한다. 또한 한 유체의 자유표면 또는 뚜렷한 경계면은 General 에서 또 밀도 전달 모델은 Physics Density evaluation 활성화되어야 한다. 그 후에 Physics Drift-flux 에서 Allow gas to escape at free surface 를 선택한다.

< Drift Flux >

See also:

  • Model Reference -> Drift Flux
  • Model Reference -> Flows with Density Variations