兩相流簡介

所謂兩相流亦即在同一系統中同時包含兩種不同狀態的物質之流動現 象並有一介面存在於兩者之間。當兩種不同性質的物質相互接觸時，交接 面處的不連續性將使其產生介面自由能(interface free energy)，此能量 係因兩物質內部的分子個別所產生的內聚力相互作用之結果。而為了維持 (separated flow)、混合流(mixed flow)、分散流(dispersed flow)[1]。

若以一個局部被水填滿的管道流為例，當管道內的水和空氣是分層流動，

並且透過介面有明顯的區隔，這是所謂的分層流(圖 1.1(a))。反之，分散

流則是管內的空氣都變成小氣泡而充滿在水中(圖 1.1(c))。至於上述兩者

值計算中，其困難在於它本身有著隨時間移動且多變的介面，且在介面處 的跳躍邊界條件(jump condition)。假設兩流體間存在物質的不連續性且 不考慮介面處相變化所產生的質傳和熱傳，跳躍邊界可依介面上的質量與 動量守恆，分為運動邊界條件(kinematic boundary condition)及動力邊 界條件(dynamic boundary condition)，前者代表在介面的垂直方向上，

介面兩邊的流體分子與介面沒有相對運動，也就是說流體不能跨越介面；

理介面上流體性質的不連續性 4.跳躍邊界以及表面張力的計算。

對於兩相流介面的計算方法，主要可根據其使用的網格類型分成兩大 類：拉格郎日(Lagranian)和尤拉(Eulerian)網格法(如圖 1.2)。拉格郎日 網格法是透過一組與介面貼齊的網格系統來計算介面隨時間移動的情況，

當介面開始變化，網格也隨之產生變形。至於尤拉網格法則是在一套固定 的網格之中，透過特殊的方式來追蹤介面運動的情形。前者常用的方法為 移動網法(moving grid mehtod)，然而此類的方法不僅在於複雜的流場內 網格隨流場嚴重變形而產生極大的誤差，並且對於其移動的邊界條件設定 上也是一大困難，因此本方法通常應用於較單純且介面無太大變形的自由 表面流之中。至於後者因其方法較為實用，所以發展出許多對於介面處理 的 特 殊 方 法 ， 如 前 端 追 蹤 法 (front-tracking method) 、 等 位 函 數 法 (level-set method)、體積追蹤法(volume tracking method)、流體體積 法(volume-of-fluid method)等。上述幾種尤拉網格法中最常被採用的是 流體體積法與等位函數法，因此後來又有許多學者擷取了兩者之優點而發 展出兩套方法結合的計算方式。而對於流體體積法而言，其根據介面計算 的方式不同又可分為介面捕捉法(interface capturing)以及介面重建法 (interface reconstruction)。前者是以類似捕捉超音速流中震波之手法 來直接計算在介面處流體體積分率跳躍的特性，而後者則採用不同的幾何 形狀來重建流體之介面，再透過體積守衡的概念來達成流體介面的推進。