如何模拟气体溶解到水中？

zousiyu

模拟气体溶解，我认为可能主要看气液界面。如果气液界面非常复杂，肯定就没法直接模拟了，这时候就用到模型。比如说，鼓泡，这个气液界面非常多，可以把气体溶解的过程看成一个源项，利用传质系数$h_m$、气液比表面积$a_gl$、Henry系数$H^{cp}$、气体压力$p_g$和水中的气体浓度$c_l$计算气体溶解的量。

但是，如果气液界面单一，是不是可以直接模拟呢？（我不确定）
比如下图，气液界面就是一条直线，如果要模拟溶解，把模型分成两个域，气体域（物理量$c_g$）、液体域（$c_l$）。液体域在气液界面上的液相浓度$c_l$可以利用Henry定律计算，并且和气体域的局部气体浓度相关。那么气体域在气液界面上的通量怎么计算呢？

zousiyu

@李东岳

Tens

@zousiyu 借用东岳老师之前推荐的文章，感觉和你描述的还挺像(https://www.jianguoyun.com/p/DZ3nYjMQwr6YCBiuyYAE)

Tens

还有这篇文章 A new compressive scheme to simulate species transfer across fluid interfaces using the Volume-Of-Fluid method

zousiyu

@tens 如果去结合 VOF，我感觉太复杂了。我可以完全不考虑液体流动、相变等等。**只考虑组分传递的事情，用对流扩散方程就好。**有没有这样简单的模型。

Tens

@zousiyu 不清楚了，可以借鉴下这个组分方程看看能不能简化

zousiyu

@tens 感谢。这些文献应该很有用！

zousiyu

@wwzhao @bestucan @cccrrryyy
抱歉打扰几位老师，您看是否有经验，求指导一下。

李东岳

@zousiyu 思想还挺有意思。你这个就是静止的计算域？所以你不打算用VOF，直接用多计算域求解器？比如你气体溶解到水里，也不会带动速度吧？如果弄个PDE出来，这个对流项好像就没有了？

如果这么简化的话，感觉用一维模型手算就行。

zousiyu

@李东岳是静止的计算域，不用VOF。用多计算域求解。气体溶解到水中，如果压力梯度大，可以用简易的微分方程计算速度，但暂时不考虑压力梯度产生的速度。

至于PDE，就是存粹的扩散方程，$\frac{\partial c}{\partial t}=D\frac{\partial^2 c}{\partial x^2}$。

主要想问，如果按我的想法，那么气相的气液界面上边界条件应该怎么设置？

李东岳

@zousiyu 那就是一维了，参考 @Tens 说的，https://www.jianguoyun.com/p/DZ3nYjMQwr6YCBiuyYAE 这个文章里面的模型，在后面加个源项就行了

zousiyu

@李东岳感觉这个模型和我的想法不一样。感觉它是一个模型同时适用于气体域、液体域和气液边界，并没有分开处理，气液界面也不需要边界条件。

cccrrryyy

@zousiyu 客气了，一起讨论就好。
溶解什么的我不熟悉，所以没办法想的很周全。如果是打算用扩散方程来求解这个系统的话，你描述的气液溶解的这个系统和两个不同温度的物体碰到一起之后达到平衡温度的系统有什么区别？
是否可以参考下化学反应的一些求解方式，特别是最简单的那种只有混合没有反应的情况。

zousiyu

@cccrrryyy 和温度是不一样的。两个不同温度的物体碰到一起，温度在边界上不会间断，应该是连续的。但溶解，气液界面的浓度是间断的。比如下图，

cccrrryyy

@zousiyu 如果能够构造出一个量，它既能表征不同相，又是连续的，本身还守恒（没有源项），你这个问题是不是就好解决了？