VOF方法在模拟两相流中的应用

摘要

在海洋、航空、铸造等领域经常会碰到由两两互不相溶流体构成的运动，由于两种流体的物质属性间的巨大差别，它们的分布对流场具有重大影响，因此计算流体力学领域需要一个鲁棒的、通用性的能够准确捕捉流体间界面的求解器来完成相关的分析、设计工作。
　　本文采用了一种基于任意欧拉网格，针对互不相溶流体的两相流界面捕捉方法。两种流体被当做单一的连续体进行求解，在两相交界面处物质属性存在突变。采用流体体积（VOF）因子来标记两种流体。通过对体积因子的非定常输运方程的求解获得两种流体在计算域中的传播情况。通过质量和动量守恒方程来获得流体的动力学特性。
　　通过采用一种特殊的基于密度的压强插值格式，避免了求解连续和动量方程时的发散问题。速度场和压力场的求解采用隐式时间离散格式，而体积因子函数采用半隐式时间离散格式。为了更加准确地捕捉界面，降低耗散，保证程序在任意网格上的通用性，同时控制计算成本和时间，体积因子输运方程的空间离散采用CICSAM方法。
　　我们使用溃坝、液滴坠落等算例来检验两相流求解器的正确性和鲁棒性，以及对界面的破碎和融合的处理能力。将数值结果和实验值或已有文献结果进行对比，并取得了令人满意的结果。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 界面捕捉方法

1.3. 变量的存储

1.4 空间离散

1.5 本文工作

第二章 连续方程与动量方程的数学模型

2.1 简介

2.2 通用输运方程

2.3 控制方程

2.4 表面张力

2.5 边界条件

2.6 本章小结

第三章 连续方程与动量方程的离散方法

3.1 简介

3.2空间离散

3.3 时间离散

3.4 压力基算法

3.5边界条件

3.6 算法主要步骤

3.7 本章小结

第四章 界面捕捉及体积因子输运

4.1 简介

4.2 常见的VOF方法

4.3 规范变量图

4.4 CICSAM差分格式

4.5 多维CICSAM格式

4.6 本章小结

第五章 数值仿真算例

5.1 简介

5.2 相同密度流

5.3 表面张力测试

5.4 重力主导的流动

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 简介

6.2 研究工作总结

6.3 未来工作展望

6.4 本章小结

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的论文