對于分層流和段塞流，模型比較表明VOF模型的選擇很簡單。為其他類型的流動選擇模型就不那么簡單了。作為一般準則，有一些參數可以幫助為這些其他流動確定適當的多相流模型: 顆粒載荷β和斯托克斯數st(注意，在本討論中“顆粒”一詞是指顆粒、液滴或氣泡)。

1 顆粒載荷的影響

顆粒載荷對相的相互作用有很大的影響。定義顆粒載荷為分散相(d)與載體相(c)的質量密度比:

材料密度比為：

氣-固流動大于1000，液-固流動約為1，氣-液流動小于0.001。 通過這些參數，可以估算出顆粒相各顆粒之間的平均距離，Crowe等人已經給出了這個距離的估計。

其中，， 有關這些參數的信息對于確定應如何處理分散相是重要的。例如，對于顆粒載荷為1的氣固流動，顆粒間距離  約為8;因此，顆粒可以被視為孤立的(即非常低的顆粒載荷)。

根據顆粒載荷的不同，相間相互作用程度可分為以下三類:

• 對于非常低的載荷，兩相之間的耦合是單向的(即流體通過阻力和湍流影響顆粒，而顆粒對流體沒有影響)。離散相模型、混合模型和歐拉模型都能正確地處理這類問題。由于歐拉模型是計算量最大的，建議采用離散相或混合模型。

• 對于中等載荷，耦合是雙向的(即流體通過阻力和湍流影響顆粒相，而顆粒反過來通過平均動量和湍流的降低影響流體)。離散相、混合和歐拉模型都適用于這種情況，但需要考慮其他因素，以決定哪種模型更合適。下面是使用Stokes數作為指南的信息。

• 對于高載荷，有雙向耦合加上顆粒壓力和顆粒引起的粘性應力(四向耦合)。只有歐拉模型才能正確地處理這類問題。

2 斯托克斯數的意義

具有中間顆粒載荷的系統，估計Stokes數的值可以幫助選擇最合適的模型。可以將Stokes數定義為粒子響應時間與系統響應時間的關系:

其中，  ，  是基于所研究系統的特征長度  和特征速度  ，  。

• 當  ，粒子將緊密跟隨流動，三種模型(離散相、混合相或歐拉)均適用;因此，可以選擇最經濟的(大多數情況下是混合模型)，或者考慮到其他因素，選擇最合適的。

• 當  中，粒子將獨立于流動而移動，適用于離散相模型或歐拉模型。

• 當  ，三種模型中的都適用;可以選擇計算量最小的或考慮其他因素選擇最合適的模型。

例如，對于一種特征長度為1 m、特征速度為10 m/s的煤炭分級機，直徑為30微米的顆粒斯托克斯數為0.04，直徑為300微米的顆粒為4.0。顯然，混合模型不適用于后一種情況；對礦物加工而言，在特征長度為0.2 m、特征速度為2 m/s的系統中，直徑為300微米的顆粒的Stokes數為0.005，在這種情況下，你可以選擇混合模型和歐拉模型。

離散相模型的使用僅限于低體積分數，除非使用密集的離散相模型公式。此外，對于離散相模型模擬，可以選擇比歐拉模型更先進的燃燒模型。若要考慮粒子分布，需要使用種群平衡模型或離散相模型和密集離散相模型。

關注公眾號：“CFD流”獲得更好的閱讀體驗以及學習資料