In Creo Flow Analysis wird die Arbeitsflüssigkeit in Kavitationsflüssen ebenso wie im ursprünglichen Modell von Singhal et al als eine Mischung aus Flüssigkeit, Dampf und nicht kondensierbaren Gasen betrachtet. Standardmäßig berücksichtigen die Kavitationsmodelle sowohl den Phasenübergang von Flüssigkeit zu Dampf als auch den Effekt von nicht kondensierbaren Gasen. Basierend auf den Modellierungsansatz für den Effekt nicht kondensierbarer Gase werden fünf verschiedene Modelle in der folgenden Tabelle bereitgestellt, um die Belüftung und Kavitation in einem Flüssigkeitssystem vorherzusagen. Diese Modelle werden in diesem Abschnitt ausführlich beschrieben.

Das Modell des konstanten Gasmassenanteils ist das grundlegende oder Standard-Kavitationsmodell in Creo Flow Analysis. Es basiert auf der Arbeit von Singhal et al. Dieses Modell geht davon aus, dass das stets vorhandene nicht kondensierbare Gas (NKG) in der Arbeitsflüssigkeit ein nicht lösliches Gas ist bzw. freien Gasblasen sind, die der allgemeinen Gasgleichung folgen. Obwohl das gesamte vorgegebene nicht kondensierbare Gas mit der Abnahme des Drucks in Kavitationszonen frei expandieren kann, ist der Massenanteil nicht kondensierbarer Gase vorgegeben und bleibt in einem Kavitationsfluss unverändert:

Gleichung 2.217

Hierbei ist fg,specified ein vom Benutzer angegebener Wert.

Die Dichte des nicht kondensierbaren Gases folgt der allgemeinen Gasgleichung:

Gleichung 2.218

wobei T die Temperatur der Flüssigkeit ist, die vorgegeben ist (isothermischer Fluss) oder durch Lösen der Gleichung 2.168 der Mischungsenergieerhaltung ermittelt wird, wenn eine Wärmeübertragung berücksichtigt wird. Aus Gleichung 2.173 ist der Volumenanteil des nicht kondensierbaren Gases wie folgt:

Gleichung 2.219

Obwohl der Massenanteil von NKG fest ist und normalerweise in Naturwasser einen sehr kleinen Wert von 1,5e-05 oder 15 ppm hat, variiert sein Volumenanteil αg deutlich und kann einen höheren Wert haben. In Kavitäten oder Niederdruckzonen konkurriert das nicht kondensierbare Gas mit dem Dampf, um den Leerraum zu füllen, abhängig von den Gas- und Dampfdichten.

Für den Flüssigkeit-Dampf-Massenübergang dienen Gleichung 2.194 und Gleichung 2.195 als Grundlage zum Erstellen des Quellen- und Senken-Terms der Kavitation in der Dampfmassenanteilgleichung, der Gleichung 2.169. Insbesondere muss der Blasenradius RB mit den bekannten Flussmengen während des Blasenwachstums und des Blasenzusammenbruchs geschätzt werden. Singhal et al argumentierte, dass dann, wenn die typische Blasengröße RB mit der (maximal möglichen) Grenz-Blasengröße identisch ist, RB durch das Gleichgewicht zwischen den aerodynamischen Zug- und Oberflächenspannungskräften bestimmt wird. In der Atomindustrie wird die folgende Korrelation verwendet:

Gleichung 2.220

wobei Vrel der Betrag der relativen Flüssigkeit-Dampf-Geschwindigkeit ist. Im Blasenströmungsmodell (in dem Kavitation auftritt), ist Vrel im Allgemeinen klein und beträgt um die 5 bis 10 % der Flüssigkeitsgeschwindigkeit. Durch Verwendung verschiedener einschränkender Argumente wie RB →0 als αv →0 und der Tatsache, dass die Phasenübergangsraten pro Volumeneinheit proportional zu den Volumenanteilen (oder Massenanteilen) der Spenderphase sein sollten, werden folgende Begriffe für Dampferzeugungs/-kondensationsraten ermittelt, um das Kavitationsmodell wie folgt fertig zu stellen:

Gleichung 2.221

Gleichung 2.222

Gleichung 2.223

Hierbei sind Ce und Cc die Verdampfungs- und Kondensationskoeffizienten, die vom Benutzer angegebene konstante Werte, die standardmäßig auf 1.0 festgelegt sind, oder Funktionen von bekannten Flussmengen sein können. In Gleichung 2.222 und Gleichung 2.223 wird ein neuer Schwellenwertdruck ρv eingeführt, um den Sättigungsdampfdruck ρsat in Gleichung 2.194 und Gleichung 2.195 zu ersetzen. Gemäß Singhal et al wird zur Berücksichtigung des Effekts der Turbulenz auf Kavitationsflüsse, beobachtet durch experimentelle Untersuchungen, ein lokaler Wert der turbulenten Druckschwankungen verwendet, angegeben durch Hinze:

Gleichung 2.224

dem Sättigungsdampfdruck hinzugefügt, um den Schwellenwertdruck für den Phasenübergang zu erhöhen:

Gleichung 2.225

Für laminare Flüsse: pv=psat(T)

Wenn Wärmeübertragung berücksichtigt wird und alle Phasendichten einschließlich Flüssigkeit, Dampf und nicht kondensierbare Gase Temperaturänderungen unterliegen, ist der Sättigungsdampfdruck psat auch eine Funktion der Temperatur. Daher kann der direkte thermische Effekt auf die Kavitation in diesem Kavitationsmodell berücksichtigt werden.

Beim variablen Gasmassenanteilmodell wird angenommen, dass das nicht kondensierbare Gas immer ein freies Gas bleibt, das nicht in der Flüssigkeit gelöst werden kann, aber der Massenanteil ist keine vorgegebene Konstante mehr wie im konstanten Gasmassenanteilmodell. Stattdessen wird die Verteilung des lokalen Massenanteils durch eine Transportgleichung vorgegeben. Während der Massenübergang von Flüssigkeit zu Dampf durch das gleiche Kavitationsmodell modelliert wird, das in Gleichung 2.221, Gleichung 2.222 und Gleichung 2.223 referenziert wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nachstehend der vollständige Satz der Modellierungsgleichungen angegeben:

In Kavitationsflüssen werden die nicht kondensierbaren Gase in der Flüssigkeit in eine Flüssigkeit gelöst oder aus einer solchen freigesetzt, um ein dynamisches Gleichgewicht der Massenkonzentrationen zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase zu erzielen. Im gleichgewichtig gelösten Gasmodell wird angenommen, dass der Massenanteil des nicht kondensierbaren Gases konstant bleibt. Ein Teil davon wird jedoch in die Flüssigkeit gelöst, um die lokale Gleichgewichtsbedingung sofort zu erfüllen. Mathematisch löst es zusätzlich zu der gleichen Massenanteilsgleichung für Dampf und Dampf-Massenübergangsmodellen eine zusätzliche Transportgleichung für den Massenanteil des gelösten Gases fgd, der als stets im Gleichgewicht befindlich vorausgesetzt wird. Die Modellierungsgleichungen sind wie folgt:

Dieses Modell lockert die Bedingung, dass sich das gelöste Gas in der Flüssigkeit immer im Gleichgewichtszustand befindet. Statt als Gleichgewichtsbedingung mit sofortigem Massenübergang bestimmt zu werden, hängt der Massenanteil des gelösten Gases (fg,d) vom Transport der Komponente und der Lösungs- oder Freisetzungsrate (finite Rate) ab. Daher werden für das gelöste Gasmodell dieselben Modellierungsformeln wie für das gleichgewichtig gelöste Gasmodell verwendet, Gleichung 2.230 bis Gleichung 2.234. Die finiten Raten des Massenübergangs für die Gaslösung und -freisetzung sind durch verschiedenen Zeitskalen (Γ) gekennzeichnet. Für die Gasabsorption oder -lösung in der Flüssigkeit ist Γ durch eine angegebene Absorptionszeit gegeben (die Lösungszeit von gelöstem Gas ist standardmäßig 10 s). Für die Freisetzung von gelöstem Gas aus der Flüssigkeit ist die Massenübergangsrate durch eine angegebene Gasfreisetzungszeit vorgegeben (der Standardwert t für die Freisetzungszeit von gelöstem Gas Γ ist 10 s).

Das vollständige Gasmodell ist eine Kombination des gelösten Gasmodells und des variablen Gasmodells. Der Massenanteil des nicht kondensierbaren Gases unterliegt zeitlichen und räumlichen Änderungen, während die Gaslösung oder -absorption und -freisetzung auch bei nicht kondensierbaren Gase auftreten kann. Der vollständige Satz der Modellierungsgleichungen ist nachstehend aufgeführt: