ZweiFluidModell

ZweiFluidModell, auch bekannt als Zwei-Fluid-Modell, bezeichnet eine Klasse von Mehrphasenströmungsmodellen, in denen zwei interpenetrierende Kontinua jeweils durch eigene Erhaltungsgleichungen beschrieben werden. Typische Anwendungen umfassen Gas‑Liquid- und Liquid‑Liquid-Systeme, bei denen beide Phasen signifikant am Strömungsprozess beteiligt sind.

Governing equations: Für jede Phase k (k = Gas, Flüssigkeit) gelten Massen- und Impulserhaltungsgleichungen. Die Massen­erhaltung lautet grob: ∂(α_k ρ_k)/∂t + ∇·(α_k ρ_k u_k) = Γ_k, wobei α_k der Volumenanteil, ρ_k die Dichte und u_k die Geschwindigkeit der Phase k sind; Γ_k beschreibt Phasenwechsel- oder Massentransferprozesse. Die Impulserhaltung lautet: ∂(α_k ρ_k u_k)/∂t + ∇·(α_k ρ_k u_k ⊗ u_k) = -α_k ∇p + ∇·(α_k τ_k) + M_k + α_k ρ_k g. Hierbei ist p der gemeinsame Druck, τ_k der Phasen-Viskositätstensor, g die Gravitation und M_k der Interphasen-Kopplungsterm (Drag, virtuelle Masse, Auftrieb). Insgesamt gilt oft α_g + α_l = 1.

Interaktion und Closure: Interphasenkräfte M_k beschreiben Drag, Druckdifferenzen an der Grenzfläche und virtuelle Masse; Massentransfer Γ_k umfasst Phasenwechsel. Zur Lösung benötigt man Closure-Modelle für α_k, Oberflächenbereichsdichte a_i, Drag-Koeffizienten, Turbulenzmodelle und ggf. Phasenwechselmodelle.

Numerik: Üblicherweise wird der Euler-Euler-Ansatz mit Finite-Volumen-Methoden eingesetzt; die Kopplung der Phasen erfolgt iterativ oder zeitabhängig.

Anwendungen: Kernreaktor-Sicherheit, petrochemische Prozesse, Öl- und Gastransport, Sprüh- und Tropfenprozesse.

Vorteile und Grenzen: Bietet eine robuste Beschreibung gekoppelter Phasen, erfordert aber umfangreiche Closure- Modelle und hohe Rechenleistung; Schwierigkeiten können bei stark variierenden Phasenanteilen oder komplexen Grenzflächen auftreten.