Auch bei der Simulation von Mehrphasenströmungen verwendet ANSYS CFX den einzigartigen gekoppelten algebraischen Mehrgitterlöser zur Lösung der hydrodynamischen Gleichungen aller Phasen in einem System.

Dadurch werden die physikalischen Wechselwirkungen in idealer Weise in der Simulation berücksichtigt und eine nie dagewesene Stabilität und sehr kurze Rechenzeiten für diese Problemklasse erreicht.

Beispiele für Mehrphasenströmungen, die mit ANSYS CFX berechnet werden können, sind:

• Wirbelschichten
• Blasensäulen
• Pneumatischer Transport
• Tankbefüllungen
• Verdampfungskühler
• Sprühtrockner
• Öl- und Kohleverbrennung
• Rührkessel
• und viele weitere

Die folgenden Eigenschaften zeichnen das Mehrphasenmodell von ANSYS CFX aus:

• Die Anzahl der Phasen innerhalb einer Simulation ist unbeschränkt.
• Jede Phase kann eine veränderliche Zusammensetzung (Mehrkomponenten-Fluid) besitzen.
• Jede Phase kann kompressibel oder inkompressibel sein.
• Zusätzliche Variablen können global oder phasenspezifisch definiert werden.
• Für die Impuls- und Energiegleichung jeder einzelnen Phase können eigene Quellterme definiert werden.
• Für hoch beladene Partikelströmungen stehen spezielle Modelle für Widerstand und Kräfte bei Annäherung an die maximale Packungsdichte zur Verfügung.
• Die Dispersion in einer Partikelphase aufgrund von Turbulenz wird berücksichtigt.
• Mit Hilfe des MUltiple-SIze-Group (MUSIG) Modells kann die Durchmesserverteilung von blasenbehafteten Strömungen unter Berücksichtigung von Break-up und Koaleszenz berücksichtigt werden.
• Ein Algebraic Slip Modell ermöglicht die effiziente Simulation von dispersen Phasen.
• ANSYS CFX bietet eine flexibel anpassbare Grundlage für die Modellierung von Phasenübergängen. Darüber hinaus stehen fertige Modelle zur Simulation von Kavitation, Kondensation und Verdampfung zur Verfügung.

Zur Simulation von freien Oberflächen wird in ANSYS CFX die VOF (Volume of Fluid) Methode verwendet, die eine Variante der Eulerischen Mehrphasenmodellierung ist.

ANSYS CFX nutzt dafür ein spezielles Diskretisierungschema ("compressive discretisation"), das für eine scharfe Abbildung der freien Oberfläche sowohl bei stationären als auch instationären Strömungsfällen sorgt.

ANSYS CFX bietet die Möglichkeit

• Oberflächenspannung,
• Adhäsion,
• Wärmetransport,
• phasen-spezifische Transportgleichungen sowie
• Kompressibilität

miteinander zu kombinieren. Darüber hinaus kann jede Phase aus mehreren Komponenten bestehen.

Anwendungsgebiete des VOF-Modells sind z.B.

• Befüllungsvorgänge,
• Schiffsumströmungen,
• Droplet-on-Demand Systeme oder
• Kapillarströmungen.

Mit Hilfe des Partikeltransport-Modells (Euler-Lagrange Mehrphasenmodell) können dispers verteilte Gasbläschen, Flüssigkeitströpfchen oder Feststoffpartikel in einem kontinuierlichen Trägerfluid simuliert werden. Beispiele sind unter anderem:

• Tröpfchen in Gas: Kühltürme, Wäscher, Aerosole, ...
• Partikel in Gas: Staubabscheider, pneumatischer Transport, ...
• Partikel in Flüssigkeit: Sedimentation, Mischer und Rührer, ...

Durch ANSYS CFX erhalten Sie ein detailliertes Verständnis des dynamischen Verhaltens der dispersen Phase und gewinnen unter anderem Informationen über Erosion, Alters- und Durchmesserverteilung oder Temperatur der Partikel.

Zusammen mit dem Verbrennungsmodell von ANSYS CFX kann Öltröpfchen- oder Kohlestaubverbrennung simuliert werden. Das Tröpfchenverdampfungs-Modell ermöglicht die Simulation von Wärmeübergangs- und Verdampfungsprozessen von reinen Stoffen oder Mehrkomponentengemischen.

Ein wesentlicher Aspekt des Partikeltransport-Modells in ANSYS CFX ist die hervorragende Parallelisierung. Dazu wurde ein neuartiger intelligenter Algorithmus entwickelt, der für eine ausgewogene Belastung der einzelnen Rechenknoten und damit für eine hohe Parallelperformance sorgt.