VOF法

摘要： 针对毫秒激光制孔过程的热流耦合及孔的形成规律,基于VOF法构建了三维激光打孔数值模型。模型中考虑了材料去除过程中涉及到的重力、反冲击力以及固-液-气三相的相变过程,得到了不同脉冲个数下的温度场、相场以及孔形轮廓的变化。孔深与孔径的模拟结果与实验吻合较好。结果表明:相场中的气-固-液界面随着脉冲个数的增加逐渐下移;反冲压力的存在增加了上孔径和孔深;飞溅物随着脉冲个数的增加而增加;孔口往下约0.5 mm处呈碗型。

摘要： 随着计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的快速发展,使得弯道水流的数值仿真研究成为趋势,但是由于弯道水流结构的复杂性,尤其是针对大模型及天然和天然河流进行数值模拟,往往需要极大的计算资源和很长的仿真时间。针对这一问题,提出RSM模型和刚盖假定法相结合的弯道水流的数值模拟方法,以Chang的试验室连续弯道水流试验结果为依据,建立并对比了不同的仿真模型,结果表明,该方法能有效节约计算资源,收敛性更佳,同时也能模拟整体的流动状态,更加适合于大模型及天然弯曲河流的数值模拟。

摘要： 为研究顺直明渠断面的流速分布,选取梯形明渠为例,基于计算流体动力学(CFD)方法建立三维顺直明渠数值仿真模型,采用刚盖假定法和流体体积(VOF)法分别捕捉自由水面,对比研究了不同宽深比明渠的断面流速分布;选取标准k-ε模型、RNG k-ε模型及雷诺应力模型(RSM)分别封闭雷诺平均(RANS)方程,对比评估了各数值模型的模拟效果。结果表明:刚盖假定法适用于宽深比大的宽浅明渠,VOF法适用于宽深比小的狭窄明渠,3种模型中RNG k-ε模型的模拟误差更稳定,更加适用于顺直明渠模拟。所建立的数值模型能够很好地模拟明渠断面的实际流速分布,模拟数值与实测数值的误差在6.00%以内。

摘要： 基于粘性流体动力学、多相流模型和自由表面运动处理技术(VOF法),建立波浪中矩形液舱油品泄漏的数值计算模型。首先建立静水中静止液舱的二维油品泄漏数值模型,并将计算结果与实验结果进行比较以验证该方法的有效性;其次,基于ANSYS软件包含的CFD模块FLUENT,通过自定义函数(UDF)程序,采用速度入口造波法,建立具有造波、消波功能的三维数值波浪水池(NWT);最后建立波浪作用下矩形液舱三维原油泄漏数值模型。数值分析波高和波长对泄漏的影响,结果表明:波高越大泄漏速度及泄漏量越大;不同波长作用情况下,垂荡运动越激烈,底部破孔的油舱泄漏速度及泄漏量越大。通过对比迎浪工况下和随浪工况下破孔处的质量流量和舱内剩余油量,发现迎浪工况漏油更多。

摘要： 泥石流下泄泥舌运动特征参数是制约下泄泥舌冲击特性和拦砂坝下游沟道冲刷研究的重要因素。大多数研究基于模型实验来研究泥石流过坝形成泥舌,成果受到观测手段与研究条件等限制,成果的实际应用意义不大。利用数值模拟方法研究清水或挟沙水流过坝现象,反演泥石流在过坝过程中的流动规律和流动状态,已经证明了数值模拟方法模拟泥石流运动特性的可行性,然而少有学者利用数值模拟针对泥舌运动进行仿真研究。本文针对拦砂坝满库状态,采用基于能有效追踪自由界面的VOF方法的k-ε紊流模型,模拟泥舌下泄运动过程,利用室内模型实验中无法获得的较为详细的流场信息,重点研究泥舌的纵向厚度、下游入射角以及流速分布的变化规律,分析泥舌运动参数与水平抛射距离之间的变化关系,探讨在不同泥石流容重和沟床条件下泥舌断面形态的沿程变化规律,并与已有的室内水槽模型实验结果进行比较分析。结果表明:(1)根据泥舌断面形态,泥舌空中运动段可分为密实段、扩散段和破碎段三个阶段;(2)泥舌的纵向厚度和下游入射角均随抛射距离的增大而增大,同时随泥石流容重和沟床纵坡的变化而变化;(3)泥舌的断面平均速度随抛射距离的增大而增大,且射距越大,流速分布越不均匀,呈中间大、周围小的特点。模拟结果与实验结果吻合良好,说明利用该数学模型模拟泥舌运动是可行的。本研究利用数值模拟对泥舌运动过程进行研究,弥补了模型实验中无法直接测量空中泥舌的形态和流速分布的不足,为准确认识泥舌水力特性提供了依据。

摘要： 消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明:窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。

摘要： 为解决引江济淮跌水、跌井汇流口水流水力特性模拟问题,采用基于VOF法的RNG k-ε双方程紊流数学模型对杨大庄跌水工程进行三维数值模拟研究,通过计算结果与已经完成的水工模型试验结果相对比,验证该模型模拟杨大庄跌水工程水流的水力特性的可行性。研究结果表明:通过合理的处理网格及计算参数,杨大庄跌水水流入渠的流态、流速分布及水位数值模拟结果整体与试验值吻合较好,说明利用该模型模拟杨大庄跌水工程水流的水力特性是可行的,数学模型可用于指导和解决类似工程问题。

摘要： 气泡广泛存在于石油化工、食品加工、冶金等工业过程的原因之一就是能起到强化传热的作用,因此研究气泡上升运动和传热强化间的作用机理具有重要意义.使用流体体积(VOF)法,详细研究了不同E?tv?s(Eo)数、Gallilei(Ga)数和气泡初始位置下,气泡对近壁流体对流传热的影响(对无量纲壁面瞬时Nu的影响),并分析了对温度场和速度场的影响.结果表明:气泡在近热壁面上升时,直接影响了壁面Nu的大小;Eo数越大,气泡的横向尺寸越大,其对流场造成的扰动越大,因此传热强化效果越明显,传热强化的影响范围也越宽;Ga数越大和气泡初始距热壁面越近,气泡初始位置附近区域的传热强化效果越好,但对气泡所处位置临近区域的传热效果影响不大.分析发现,气泡上升过程产生旋向相反的对涡影响了冷热流体的流动状态,引起了热边界层厚度的改变,最终改变了壁面附近流体的对流传热效果.

摘要： 文章采用Volume of Fluid法、应用Flow-3D软件对2种溢洪道布置方案进行水力学三维数值模拟分析,通过对泄流能力、沿程水面线及流速分布、沿程压力、挑距及冲刷范围等进行对比研究,为某工程溢洪道的选型设计提供参考.

摘要： 当前国内外对胶凝砂砾石大坝(CSG Dam)渗流场的研究均局限于稳定渗流场,但由于库水位的不断波动,大坝在运行期大都处于非稳定渗流状态,保证这种新型坝在库水位变化时的安全稳定非常重要.采用有限体积法及计算流体力学中的VOF(volume of fluid,VOF)法,对CSG坝两个极端工况下的非稳定渗流场进行模拟,获得孔隙水压力、浸润面、流速及流量的演变过程,结果表明:1)CSG坝体防渗效果良好,即使在面板防渗性能降低的情况下,浸润线也处于较低的高程;2)在水位上升阶段,坝踵附近在水位上升初期渗流量会出现不稳定波动,下游节点渗流量变化起步较晚,且需要经历一个较长的时间才能达到渗流稳定;3)水位下降时,坝体浸润面呈现中间高、两边低,上游高、下游低的趋势.一部分坝内渗水会向上游排出,产生的渗透压力不利于面板的稳定,建议在坝趾处采取排水措施,引导坝内渗水排出,减少对上游面板的不利影响.

摘要： 本文采用三维VOF(volume-of-fluid)法模拟了存在相变的不可压汽液两相流体的流动和传热问题。基于VOF法中的三维PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation method )算法进行界面的重构和输运,交错网格下,两步投影法离散不可压缩Navier-Stokes方程,连续表面力CSF模型计算表面张力,多重网格法求解压力泊松方程。模拟了核态沸腾中汽泡的增大变形过程,以及膜态沸腾中汽泡的生成、脱离和上升变形过程,并详细分析了不同时间段内发生相变的汽泡的变形过程。我们的数值模拟结果与其他文献的模拟结果相一致,说明三维VOF(volume-of-fluid)法能够有效地模拟涉及到高的热流密度,相变潜热,汽液相界面不连续的物性参数,表面张力等复杂因素下存在相变的不可压缩汽、液两相流体的流动和传热问题。

摘要： 本文采用三维VOF(volume-of-fluid)法模拟了存在相变的不可压汽液两相流体的流动和传热问题。基于VOF法中的三维PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation method )算法进行界面的重构和输运,交错网格下,两步投影法离散不可压缩Navier-Stokes方程,连续表面力CSF模型计算表面张力,多重网格法求解压力泊松方程。模拟了核态沸腾中汽泡的增大变形过程,以及膜态沸腾中汽泡的生成、脱离和上升变形过程,并详细分析了不同时间段内发生相变的汽泡的变形过程。我们的数值模拟结果与其他文献的模拟结果相一致,说明三维VOF(volume-of-fluid)法能够有效地模拟涉及到高的热流密度,相变潜热,汽液相界面不连续的物性参数,表面张力等复杂因素下存在相变的不可压缩汽、液两相流体的流动和传热问题。

摘要： 本文采用三维VOF(volume-of-fluid)法模拟了存在相变的不可压汽液两相流体的流动和传热问题。基于VOF法中的三维PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation method )算法进行界面的重构和输运,交错网格下,两步投影法离散不可压缩Navier-Stokes方程,连续表面力CSF模型计算表面张力,多重网格法求解压力泊松方程。模拟了核态沸腾中汽泡的增大变形过程,以及膜态沸腾中汽泡的生成、脱离和上升变形过程,并详细分析了不同时间段内发生相变的汽泡的变形过程。我们的数值模拟结果与其他文献的模拟结果相一致,说明三维VOF(volume-of-fluid)法能够有效地模拟涉及到高的热流密度,相变潜热,汽液相界面不连续的物性参数,表面张力等复杂因素下存在相变的不可压缩汽、液两相流体的流动和传热问题。

摘要： 本文采用三维VOF(volume-of-fluid)法模拟了存在相变的不可压汽液两相流体的流动和传热问题。基于VOF法中的三维PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation method )算法进行界面的重构和输运,交错网格下,两步投影法离散不可压缩Navier-Stokes方程,连续表面力CSF模型计算表面张力,多重网格法求解压力泊松方程。模拟了核态沸腾中汽泡的增大变形过程,以及膜态沸腾中汽泡的生成、脱离和上升变形过程,并详细分析了不同时间段内发生相变的汽泡的变形过程。我们的数值模拟结果与其他文献的模拟结果相一致,说明三维VOF(volume-of-fluid)法能够有效地模拟涉及到高的热流密度,相变潜热,汽液相界面不连续的物性参数,表面张力等复杂因素下存在相变的不可压缩汽、液两相流体的流动和传热问题。

摘要： 本文采用三维VOF(volume-of-fluid)法模拟了存在相变的不可压汽液两相流体的流动和传热问题。基于VOF法中的三维PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation method )算法进行界面的重构和输运,交错网格下,两步投影法离散不可压缩Navier-Stokes方程,连续表面力CSF模型计算表面张力,多重网格法求解压力泊松方程。模拟了核态沸腾中汽泡的增大变形过程,以及膜态沸腾中汽泡的生成、脱离和上升变形过程,并详细分析了不同时间段内发生相变的汽泡的变形过程。我们的数值模拟结果与其他文献的模拟结果相一致,说明三维VOF(volume-of-fluid)法能够有效地模拟涉及到高的热流密度,相变潜热,汽液相界面不连续的物性参数,表面张力等复杂因素下存在相变的不可压缩汽、液两相流体的流动和传热问题。

摘要： 本文用数值法模拟两个小液滴同时垂直撞击同种液膜的流动过程。对气液两相界面的捕捉采用 VOF 法。考察We 数和液滴间距离对水花高度、射流高度、二次液滴生成量及尺寸分布的影响，并观察了二次液滴飞溅到壁面上所产生的不同现象，分析了二次液滴与壁面碰撞对液滴雾化的影响。结果发现：研究范围内，We 数是影响水花高度和二次液滴数量及尺寸分布的重要因素，对中心射流的影响则不明显。液滴中心间距对中心射流的高度影响较大。

摘要： 本文用数值法模拟两个小液滴同时垂直撞击同种液膜的流动过程。对气液两相界面的捕捉采用 VOF 法。考察We 数和液滴间距离对水花高度、射流高度、二次液滴生成量及尺寸分布的影响，并观察了二次液滴飞溅到壁面上所产生的不同现象，分析了二次液滴与壁面碰撞对液滴雾化的影响。结果发现：研究范围内，We 数是影响水花高度和二次液滴数量及尺寸分布的重要因素，对中心射流的影响则不明显。液滴中心间距对中心射流的高度影响较大。

摘要： 本文用数值法模拟两个小液滴同时垂直撞击同种液膜的流动过程。对气液两相界面的捕捉采用 VOF 法。考察We 数和液滴间距离对水花高度、射流高度、二次液滴生成量及尺寸分布的影响，并观察了二次液滴飞溅到壁面上所产生的不同现象，分析了二次液滴与壁面碰撞对液滴雾化的影响。结果发现：研究范围内，We 数是影响水花高度和二次液滴数量及尺寸分布的重要因素，对中心射流的影响则不明显。液滴中心间距对中心射流的高度影响较大。

摘要： 本文用数值法模拟两个小液滴同时垂直撞击同种液膜的流动过程。对气液两相界面的捕捉采用 VOF 法。考察We 数和液滴间距离对水花高度、射流高度、二次液滴生成量及尺寸分布的影响，并观察了二次液滴飞溅到壁面上所产生的不同现象，分析了二次液滴与壁面碰撞对液滴雾化的影响。结果发现：研究范围内，We 数是影响水花高度和二次液滴数量及尺寸分布的重要因素，对中心射流的影响则不明显。液滴中心间距对中心射流的高度影响较大。

摘要： 本文应用二维数值模拟方法模拟单液滴碰撞球形曲面的飞溅行为。在二维轴对称坐标系内，采用VOF方法和Level set相结合，跟踪液滴与空气间的气液两相界面，并捕捉液滴的运动及其变形。通过与已有的文献结果进行比较与网格无关性分析，验证了此模拟方法的可行性。模拟结果表明液滴碰撞的效果与液滴的物性参数及其入射速度和液滴的直径有关。

摘要： 本发明属于CFD技术领域，具体涉及一种基于VOF原理的流体分布计算方法。本发明能够适用于任意多面体网格，克服了现有技术中不能准确计算CFD网格单元的VOF初始值的不足，通过将界面单元分割为若干子四面体或子三角形单元，对界面子单元采用多级“分割‑判断”借助等分比来计算其VOF值，有效提高了计算效率并节省了计算机内存。本发明能够对VOF初始化进行误差分析，若误差不满足预设精度则需提高最大“分割‑判断”级别并迭代计算直到满足相关条件，通过误差反馈来调节计算参数，实现了VOF初始化的高精度计算。

摘要： 本发明属于CFD技术领域，具体涉及一种用于求解VOF对流方程的切割体网格THINC方法。本发明针对切割体网格单元的特点，对于其中包含多边形表面的多面体单元，在保留单元实际拓扑的条件下，通过合并单元的共面表面形成属于常规非结构类型的虚拟单元，可以直接应用现有THINC方法进行双曲正切函数的重构；在基于重构的双曲正切函数计算原始实际单元各表面的VOF值时，对于多边形表面，先将其共线边进行合并后形成虚拟三角形或四边形表面，再进行表面高斯数值积分，因此更简单高效。本发明能够在3D切割体网格上基于非结构THINC方法的基本原理实现VOF对流方程的高精度求解。

摘要： 本发明公开了一种基于VOF方法的全海深沉积物取样器取样数值模拟方法，包括如下步骤：1）建立基于VOF方法的沉积物取样数值模型及取样管取样三维模型；2）对取样管取样三维模型分区域、按层次进行网格的划分；3）采用VOF方法追踪多相流界面，定义计算域，设置模型参数及边界条件；4）对沉积物取样器取样进行数值模拟。本发明能够准确的对沉积物取样器取样进行模拟，能研究在排水压力条件下，不同取样速度、不同取样管内径、不同沉积物动力粘度对取样容积及取芯率的影响，从而大幅降低深海取样试验的成本。同时，该模拟方法对海底沉积物取样器的设计及实现超水深条件下取样器的高效取样具有重要指导意义。

摘要： 本发明公开了一种基于水泥浆液触变性和VOF求解扩散锋面的帷幕灌浆数值模拟方法：建立三维地质模型和灌浆孔模型，耦合三维地质模型和灌浆孔模型构建三维统一模型；将三维统一模型导入CFD计算软件，划分计算网格；建立水泥浆液触变性流体模型，VOF法捕捉浆液扩散锋面；实现复杂地质条件下的考虑浆液触变性和VOF计算浆液扩散锋面的大坝基岩帷幕灌浆三维数值模拟。本发明实现了复杂地质条件下基于触变性模型和VOF计算确定浆液扩散锋面的三维灌浆数值模拟，准确获悉复杂地质条件下基岩帷幕灌浆的灌后宏观效果，为大坝帷幕灌浆的灌前预测或灌后分析提供一种精确的数值手段。

摘要： 本发明涉及自然灾害模拟技术领域，且公开了一种基于SOLA‑VOF的溃坝流动界面追踪方法，包括SOLA‑VOF算法，所述SOLA‑VOF算法包括：①、控制方程，设定溃坝流动为二维不可压缩层流流动，采用的控制方程如下：连续性方程：

摘要： 本发明提供一种基于VOF模型结合LBM‑LES大涡模拟的喷水推进舰船喷口尾迹数值模拟方法，包括以下步骤：S1、应用UG软件建立喷水推进舰船实体三维模型；根据喷水推进舰船喷口结构和参数，基于VOF两相流模型结合LBM‑LES大涡模拟方法建立喷口尾迹数值模拟计算域；S2、对喷口所在区域进行划分和网格加密；S3、定义包含大气、水体的模型为计算域，定义材料及相、设置相见相互作用、设置边界条件后，追踪两相流界面；S4、将VOF两相流模型结合LBM‑LES大涡模拟，对流场使用滤波函数，将独立的变量分解为大尺度的可解分量和亚格子尺度量；设置收敛标准、计算时间步长、设定计算总时长，利用PISO算法进行数值模拟；S5、监测物理量，输出尾迹运动特征的模拟结果。

摘要： 本发明公开了一种基于VOF方法的全海深沉积物取样器取样数值模拟方法，包括如下步骤：1）建立基于VOF方法的沉积物取样数值模型及取样管取样三维模型；2）对取样管取样三维模型分区域、按层次进行网格的划分；3）采用VOF方法追踪多相流界面，定义计算域，设置模型参数及边界条件；4）对沉积物取样器取样进行数值模拟。本发明能够准确的对沉积物取样器取样进行模拟，能研究在排水压力条件下，不同取样速度、不同取样管内径、不同沉积物动力粘度对取样容积及取芯率的影响，从而大幅降低深海取样试验的成本。同时，该模拟方法对海底沉积物取样器的设计及实现超水深条件下取样器的高效取样具有重要指导意义。

摘要： 本发明属于CFD技术领域，具体涉及一种用于求解VOF对流方程的切割体网格THINC方法。本发明针对切割体网格单元的特点，对于其中包含多边形表面的多面体单元，在保留单元实际拓扑的条件下，通过合并单元的共面表面形成属于常规非结构类型的虚拟单元，可以直接应用现有THINC方法进行双曲正切函数的重构；在基于重构的双曲正切函数计算原始实际单元各表面的VOF值时，对于多边形表面，先将其共线边进行合并后形成虚拟三角形或四边形表面，再进行表面高斯数值积分，因此更简单高效。本发明能够在3D切割体网格上基于非结构THINC方法的基本原理实现VOF对流方程的高精度求解。

摘要： 本发明属于CFD技术领域，具体涉及一种基于VOF原理的流体分布计算方法。本发明能够适用于任意多面体网格，克服了现有技术中不能准确计算CFD网格单元的VOF初始值的不足，通过将界面单元分割为若干子四面体或子三角形单元，对界面子单元采用多级“分割‑判断”借助等分比来计算其VOF值，有效提高了计算效率并节省了计算机内存。本发明能够对VOF初始化进行误差分析，若误差不满足预设精度则需提高最大“分割‑判断”级别并迭代计算直到满足相关条件，通过误差反馈来调节计算参数，实现了VOF初始化的高精度计算。

摘要： 本发明公开了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真测试方法：首先，在gerris软件中定义理想的计算域尺寸以及确定计算域的边界条件；接着，导入固体边界以及明确固体边界条件；其次，指定初始条件、给定初始化网格；再者，使用笛卡尔网格动态自适应细化功能；然后，解算整个计算域，输出相应的计算结果；最后，将输出的计算结果导入tecplot中可视化gerris的仿真结果。本发明实现了一种基于VOF和动态网格自适应的双液滴撞击平坦固体表面的数值仿真方法，得到了双液滴撞击平坦固体表面的的流动过程，分析其流动规律和流态特征提供了一种精确的数值计算方法。