Modelo Multifasico - Ansys.

Predicción de datos de diseño en reactores provistos de turbina de flujo axial mediante CFD

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C. Modelos multifásicos
C.1. Introducción
Los sistemas multifásicos son aquellos en los que hay más de una fase. Las fases pueden
ser sustancias diferentes o no, y también pueden tener el mismo estado o tener diferentes.
Centrándose en los sistemas de flujos multifásicos, éstos seclasifican en cuatro tipos:
-Flujos gas-líquido o líquido-líquido
-Flujos gas-sólido
-Flujos líquido-sólido
-Flujos gas-líquido-sólido (combinación de los anteriores)
Para resolver estos escenarios existen dos métodos de cálculo: el método Euler-Lagrange y
el método Euler-Euler.
En el método Euler-Lagrange la fase principal fluida se trata como un continuo resolviendo
las ecuaciones deNavier-Stokes, mientras el resto de fases se tratan como un conjunto de
partículas que fluyen a través de la fase principal. Por tanto la suposición que se hace en
este modelo es que la fase secundaria, llamada también fase dispersa, ocupa una pequeña
fracción del volumen, aún cuando hay una gran masa en comparación con la masa de la
fase fluida. Durante la resolución del sistema se calculan lastrayectorias de las partículas
individualmente a intervalos específicos de tiempo, por este motivo el modelo es apropiado
para la simulación de sprays o combustiones de fuel líquido, pero inapropiado para la
simulación de mezclas líquido-líquido, lechos fluidizados o cualquier otra aplicación donde la
fracción de volumen de la segunda fase no sea despreciable.
En el método Euler-Euler lasdiferentes fases se tratan matemáticamente como continuos
interpenetrantes, esto quiere decir que no existe una interfase que separe las diferentes
fases. Debido a esto se introduce el concepto de fracción de volumen de fase a partir de la
suposición de que todas las fases pueden estar presentes en una cierta posición. Estas
fracciones de volumen se asumen como una función continua del espacio y tiempoy su
suma siempre es igual a uno.
En FLUENT hay disponibles tres modelos multifásicos Euler-Euler: el modelo del volumen de
fluido (VOF), el modelo Euleriano y el modelo de mezcla. A continuación se describen los
modelos disponibles en FLUENT.

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Pablo Martín Hernández

C.2. Modelo VOF
El modelo del volumen de fluido (VOF) es una técnica que se aplica normalmente ensituaciones donde haya dos o más fluidos inmiscibles y se quiera estudiar la interfase entre
ellos. En este modelo, sólo se utiliza un conjunto de ecuaciones de cantidad de movimiento
en los fluidos y la fracción de volumen de cada uno de los fluidos en cada elemento de
mallado se calcula en todo el dominio.
Las limitaciones que tiene este modelo en Fluent son:
-Se debe utilizar el software en modo“segregated”, ya que este modelo no se encuentra
disponible para los otros modos.
-Todos los volúmenes controlados deben estar llenos de un fluido o una combinación de
fases, pues este modelo no permite que haya regiones sin fluido.
-Sólo una de las fases puede ser definida como gas ideal compresible.
-No se pueden utilizar flujos periódicos con el modelo VOF.
-El modelo de turbulencia LargeEddy Simulation (LES) no puede ser utilizado con el modelo
VOF.
-La formulación del tiempo de paso implícita de segundo orden no puede ser usada con el
modelo VOF.

C.2.1. Ecuaciones del modelo VOF
El modelo VOF se basa en que dos o más fases no son interpenetrantes, es decir que las
fases no son miscibles y por tanto habrá una interfase que las separará. Para cada fase que
se añade al modelose introduce una variable: la fracción de volumen de la fase en la celda.
En cada volumen de control, las fracciones de volumen de cada fase suman la unidad. Los
campos para todas las variables y propiedades son distribuidos por las fases y representan
volúmenes medios de los valores. Por tanto en una celda si la fracción de volumen de la fase
q se denota por

q

, tendremos las...