Аппроксимация зависимости смоченного угла от объемной доли жидкости
Геометрическое отношение
от
имеет вид,
![]()
из которого, нельзя выразить
, поэтому приходится использовать численный подбор значений.
В 1999 году выходит статья «An Explicit Approximation for Two-Phase Stratified the Wetted Angle in Pipe Flow» от Dan Biberg.
Численное решение приведенного уравнения может серьезно замедлить расчет многофазного симулятора потока, поэтому существует потребность в более простом решении. При значении
близком к нулю, выражение заменим степенным рядом для синуса,
![]()
где
![]()
Обращая внимание, что при
близком к нулю, величина смоченного угла также является малым значением, следующими членами ряда начиная с
можно пренебречь и выразить угол через объемную долю,
![]()
Аналогично, раскладывая в ряд синус при значении
, получим
![]()
Также обращая внимание, что
близка к
при стремлении
к единице, отбросим члены ряда начиная с 5 степени,
![]()
Предположим, что решение для произвольного значения
в физическом диапазоне
заключено между этими двумя крайними значениями и искомая функция имеет следующие члены,
![]()
Ошибка определения значения смоченного угла, в таком случае это разница между истинным значением и искомой функцией,
![]()
Приближенная апроксимация ошибки определения,
![]()
позволяет построить параболу через известные пары значений для пустой, наполовину полной и полной трубы
![]()
Итоговая аппроксимация выглядит следующим образом,
![]()
Для всего диапазона значений ошибка определения угла смачивания составляет
rad.
Сравнение с прошлой задачей расчета slug режима, представленная апроксимация действительно сокращает вычислительные затраты и позволяет избежать внутренней итерации,

В таком виде, зависимость смоченного угла от объемной доли жидкости используется в симуляторе OLGA.