流体体积 (VOF) 多相

流体体积 (VOF) 多相模型是一种简单的多相模型。它适用于模拟数值网格（能够求解混合物的相之间的交界面）上的多个不混溶流体流。

VOF 多相模型用于求解涉及不混溶流体混合物、自由表面和相接触时间的问题。在此类情况下，不需要额外对相间相互作用进行建模，并且所有相共享速度、压力和温度场的模型假设将成为离散化误差。

对于使用 VOF 模型的两相流体，下图提供了不合适网格（左侧）和合适网格（右侧）的图解。

由于模型的数值效率，该模型适用于其中每个相均构成较大结构（并且相之间存在相对较小的总接触面积）的流体的模拟。水箱中晃动的流体（其中自由表面始终保持平滑）是此类流体的典型示例。如果水箱运动剧烈，这会导致产生破碎波，在水中产生大量气泡以及在空气中产生水滴。然后，该方法可能需要精细网格（每个液滴/气泡中至少三个网格单元）才能产生较小的建模误差。

可根据称为体积分数的变量定义每个相在给定时间的空间分布。计算此类分布的一种方法是求解相体积分数的传输方程（请参见流体体积方法）。该方法使用 Simcenter STAR-CCM+ 分离流模型。

要获得相之间的尖锐交界面，使用二阶离散格式，并且为锐化因子参数设置适当的值。有关更多信息，请参见高分辨率交界面捕捉 (HRIC)。

分离 VOF 求解器可以执行单步或每个时间步多步。默认情况下，VOF 自由表面计算与其他计算在同一时间步执行。为了确保自由表面具有清晰的分辨率，CFL 数限制为 1。不过，这种限制过于严格，因为其他物理计算可以用大得多的 CFL 数执行。此限制将降低 VOF 自由表面模拟的计算效率。

应用多步进（即子步数大于 1）时，将时间子循环用于体积分数的传输，从而改进两相之间交界面的解析。如果全局时间步小到足以精确解析物理，但大到无法满足 HRIC 稳定性要求，则通过多步进将子步数设为大于一，同时仍保持自由表面的分辨率。

也可以在分离多相温度模型中包含热效应。

VOF 多相模型可用于对状态变化建模。冰融化和水沸腾是物质的固态、液态和气态之间转变的日常示例。Simcenter STAR-CCM+ 可提供用于描述沸腾、空化以及融化与凝固的模型。