Tvåfasmodeller

Tvåfasmodeller beskriver system där två olika faser finns samtidigt, oftast en vätska och en gas. De används inom strömning, värmetransport och flöden i porösa medier där gränsen mellan faserna är viktig för flödet och energisutbytet. Modellerna kan vara makroskopiskt kontinuumbaserade, där varje fascia behandlas som en egen interpenetrerande komponent, eller mesoskala modeller som fångar gränsytor och partiella effekter.

På makroskopisk nivå används ofta Euler-Euler-modellen, även kallad tvåfluidsmodellen, där volymfraktionerna α_g och α_l beskriver hur stor del av volymen som upptas av varje fas. För varje fas gäller mass- och momentumkonservering; energi kan inkluderas vid behov. Faserna kopplas genom interfaciala källtermer som beskriver överföring av momentum och energi mellan faserna samt skillnader i tryck och viskositet. I porösa medier används saturationsbaserade modeller där huvudvariablerna är vätskeflödesandel S_l och kapillärtryck p_c, ofta med Darcy-liknande flödeslagar och kopplingar till porstrukturen.

Gränsen mellan faserna kan spåras med volymetransportmetoder såsom Volume of Fluid (VOF), Level Set eller diffusa gränsmetoder. Tvåfasmodeller används brett inom olje- och gasindustrin, kemisk industri, värme- och kylteknik samt kärnteknisk säkerhet. Viktiga utmaningar inkluderar utvecklingen av precisa closures för interfaciala krafter, numerisk stabilitet vid stora skillnader i densitet och viskositet, samt höga krav på beräkningskraft och upplösning för tillförlitliga resultat.