Modellierung und numerische Berechnung monodisperser Blasenströmungen: Ein Vergleich zweier CFD Programme

Die numerische Simulation von der Mehrphasenströmungen in technischen Apparaten kann einen wertvollen Beitrag zum Design und zur Optimierung der Prozesse liefern, da man detaillierte Informationen über lokale Strömungsgrößen erhält. Üblicherweise sind die Apparateabmessungen deutlich größer als die charakteristische Größe der dispersen Phase, weshalb das sogenannte Zwei-Fluid-Modell verwendet wird. In diesem werden die verschiedenen Phasen als sich gegenseitig durchdringende Kontinua modelliert. Hierbei muss Wechselwirkung der Phasen durch geeignete Schließungsansätze beschrieben werden und üblicherweise stehen viele unterschiedliche Ansätze in kommerziellen CFD Programmen zu Auswahl. Ein für die Berechnung adiabater, monodisperser Blasenströmungen geeigneter Satz von Schließungsmodellen wurde in einer früheren Studie (Rzehak & Krepper, 2013) identifiziert und in der kommerziellen Software Ansys CFX verwendet.
Diese physikalischen Modelle wurden nun in das frei verfügbare Programmpaket OpenFOAM übertragen und verschiedene aufwärtsgerichtete Rohrströmungen von Luft-Wasser Gemischen berechnet und mit Experimenten verglichen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Berechnungen beider Programmpakete eine vergleichbare, zufriedenstellende Übereinstimmung mit den Experimenten. Abweichungen findet man insbesondere in Wandnähe und in den turbulenten Größen.