Usando a fase escalar geral, ϕq, q para a fase de qth, a equação geral para fase q tem a seguinte forma:

em que

e ϕq representa as variáveis dependentes em um sistema de multifase:

em que

Na equação 2.54, o segundo termo no lado direito representa as trocas interfase. Especificamente,

Ao usar submodelos para trocas interfase de espécie, massa, momento e calor, é possível derivar o conjunto completo de equações de controle de fluxo a partir das equações de transporte que são generalizadas aqui.

em que

O modelo multifase homogêneo é um caso de limitação do fluxo multifase Euler-Euler no qual a taxa de transferência interfase é grande. A suposição básica é que todas as fases compartilham o mesmo campo de pressão. Partindo dessa suposição, o modelo homogêneo simplifica ainda mais o modelo multifluido não homogêneo euleriano completo, ao presumir que todas as fases compartilham um campo comum de velocidade, temperatura e turbulência. Essa abordagem é uma boa substituta para o modelo multifluido euleriano completo, por sua fácil implementação e economia computacional. Fisicamente, sem a necessidade de modelos de troca interfase nas equações de momento e energia, o desempenho do modelo homogêneo é tão bom quanto o do modelo multifluido completo em casos como fluxos de superfície livre (VOF), cavitação ou outros fluxos multifase altamente misturados.

No Creo Flow Analysis, o módulo multifase atual adota somente a abordagem de modelagem homogênea. A atenção está focada no fluxo de superfície livre de modelagem (modelo de volume de fluido) e fluxos de duas fases de líquido-gás homogêneos (modelo de mistura). Em princípio, é possível aplicar a capacidade de modelagem para a fase de fluxos n.

Na equação 2.54, configurar ϕp=1 obtém a equação de fração de volume da fase q:

Para o sistema de fase n, a soma de frações de volume de fase satisfaz a restrição física:

Ou a conservação de massa total:

em que as quantidades de mistura são definidas a seguir:

em que as quantidades de mistura são definidas a seguir:

Na abordagem homogênea, é possível modelar esta velocidade de descompasso usando um modelo algébrico. Entretanto, no modelo de mistura e VOF atual, supõe-se um não escorregamento entre as fases:

Portanto, os termos da troca de momento são zero.

Sem o escorregamento de velocidade, a equação de energia para a mistura tem a seguinte forma:

em que as variáveis de mistura são definidas a seguir:

O último termo no lado direito é a transferência térmica de interface causada pela transferência de massa. Partindo da suposição de que as fases compartilham a mesma temperatura, Lgp depende da definição de Hq e Hp na equação de energia resolvida.

Conforme descrito no módulo Calor, a entalpia estática de um material consiste em duas partes: entalpia de referência de estado padrão e entalpia sensível. Supondo que a fase q seja líquida e a fase p seja vapor, as entalpias estáticas totais de fase seriam:

em que

A diferença das entalpias de referência

é o calor latente na temperatura de referência de Tref e de pressão pref.

Na equação 2.70, se a entalpia H é a entalpia de mistura total, temos

Então, a diferença causada pelas entalpias de formação de fase ou o calor latente Lpq já foi incluída na equação de energia. A quantidade é definida como zero:

Lpq=0

A transferência térmica causada pela transferência de massa, que é o último termo no lado direito na equação 2.70, é igual a zero na equação de energia de mistura.

Em um solver CFD, a entalpia total não é resolvida diretamente. Em vez disso, somente a entalpia sensível relativa à temperatura de saturação é incluída na entalpia resolvida e na energia interna:

Então, Lpq não é zero. Ele deve ser o calor latente:

em que

No Creo Flow Analysis, a entalpia de referência de estado padrão é considerada automaticamente por default. Nenhuma entrada do usuário é necessária.

Nos modelos de volume de fluido (VOF) e multifase de mistura, o efeito da turbulência na mistura de fases leva em conta as extensões nos modelos de turbulência de única fase. Os modelos de turbulência e os tratamentos próximos a paredes, descritos no módulo Turbulência, são estendidos para os fluxos multifase no Creo Flow Analysis. Com as quantidades de fluxo de mistura, os modelos padrão e de k-ε RNG têm as mesmas formas gerais que os modelos de turbulência de fase única:

enquanto a produção de cinética turbulenta é calculada com base na mistura viscosidade turbulenta e gradientes de velocidade:

A viscosidade turbulenta para a fase q pode ser calculada da seguinte forma:

em que o primeiro termo do lado direito é o termo de difusão turbulenta na fase q, que deve obedecer à restrição a seguir para que a conservação de massa total seja satisfeita:

Os termos de difusão turbulenta normalmente são implementados como uma opção. Não são incluídos por default.

Para (n-1) fases, as frações de volume de entrada são predeterminadas, enquanto a nésima fase é obtida usando a restrição física:

E a fração de volume em cada fase não pode ser negativa.

Para (n-1) fases, as condições de gradiente zero aplicam-se para todos os limites de saída, simetria e parede, enquanto a nésima fase é obtida usando a restrição física:

As equações de controle, os modelos de turbulência e as condições de limite acima formam a base dos modelos homogêneos de VOF e multifase de mistura. Sem os termos de origem externos ou do usuário e transferências de massa interfase, eles são um sistema fechado de equações e são resolvidos numericamente usando um solver multifase de volume finito com base em pressão. Várias aplicações práticas requerem submodelos específicos, como força de tensão da superfície em modelos de VOF e transferências de massa interfase, para capturar com precisão os respectivos fenômenos físicos e processos. Em vez de juntar os submodelos em origens externas ou do usuário, recomenda-se incluí-los diretamente nos modelos integrados.