流体体积 (VOF) 多相模型参考

流体体积 (VOF) 是一个多相模型，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。

表 1. 流体体积 (VOF) 多相模型参考
理论	请参见流体体积方法。
提供方式	[物理连续体] > 模型 > 多相流模型
节点路径示例	连续体 > Physics 1 > 模型 > 流体体积 (VOF)
要求	材料：多相多相流模型：流体体积 (VOF)
属性	关键属性包括：对流、面密度重构请参见流体体积 (VOF) 属性。
激活	物理模型	粘滞态请参见流体和能量建模。
	模型控制（子节点）	HRIC HRIC 梯度平滑自适应网格插值修正的 HRIC 交界面检测
	初始条件	请参见初始条件。
	区域设置	相条件：动量源选项物理条件：初始条件选项动量源选项湍流源选项（对于湍流粘滞态）体积分数源选项请参见区域设置。
	报告选项	请参见自由表面质量。
	求解器	VOF 分离请参见分离 VOF 求解器参考。
	场函数	请参见场函数。

流体体积 (VOF) 属性

对流

指定 VOF 传输方程中对流通量的离散化方案。

方法

对应方法节点

一阶

选择一阶对流。

无。

HRIC

HRIC 方案用于 VOF 模拟以维持参与液相之间的锐化交界面。

请参见高分辨率交界面捕捉 (HRIC)。

HRIC

可用属性包括：

锐化因子

此因子用于减少模拟中的数值扩散。有效值为 0.0 到 1.0。

如果锐化因子设为 0.0，则不会减少数值扩散。此值为默认值，因为在大多数情况下，使用所建议的二阶离散格式足以使两个相之间的交界面保持锐化。

如果锐化因子设为 1.0，则没有任何数值扩散，因此可获得一个锐化程度非常高的交界面。

对于某些流体（例如以表面张力为主的流体或油箱晃动流体），建议增大锐化因子，以提高两个相之间交界面的分辨率。但是，提高此锐化程度可能会使自由表面与网格线以非物理方式对齐。

如果指定非零值，则会在 VOF 传输方程 (Eqn. (2602)) 中另外添加一项 (Eqn. (2603))。此值为 Eqn. (2603) 中的 $C_{α}$ 。

提高锐化因子会增加保持体积守恒所需的运行时间。

角系数

HRIC 对流离散格式中用于跟踪交界面的角系数

C_{θ}

。如果自由表面不平滑并且不遵循网格线，则增加其值。

CFL_l

HRIC 对流离散格式中的库朗数下限。此值为 Eqn. (2612) 中的

{C o}_{l}

。

CFL_u

HRIC 对流离散格式中的库朗数上限。此值为 Eqn. (2612) 中的

{C o}_{u}

。

启用 HRIC 梯度平滑

使用平滑梯度来预测 HRIC 方案中的迎风-迎风值。在某些情况下，这可减少可能出现在体积分数场中的虚假振荡，特别是当网格具有较大的长宽比时。

请参见 HRIC 梯度平滑属性。

自适应网格插值

当选择自适应网格模型时可用

选项

指定用于将体积分数场从粗糙网格单元映射到精细网格单元的插值策略。可用的选项包括：

喷射：使用零阶插值将体积分数场从粗糙网格单元映射到精细网格单元。这是默认设置。
如果使用“自由表面网格细化”准则，则不标记交界面网格单元进行细化。仅标记交界面附近的网格单元。
锐化重构：基于交界面重构使用体积分数场的锐化插值。通过计算感应剪切体积，获取细化网格单元上的体积分数。有关更多信息，请参见使用自适应网格细化的锐化交界面重构。
如果使用“自由表面网格细化”准则，则交界面网格单元和交界面附近的网格单元均标记以进行细化。

示例：以下各图像分别显示了使用“喷射”或“锐化重构”插值对细化的交界面网格单元的体积分数场的插值：


插值策略	原始体积分数	AMR 细化后的体积分数
喷射
锐化重构

修正的 HRIC

修正的 HRIC 是一种复合方案，它使用角系数来混合顺风、快速和迎风差分方案。这种非线性差分混合可减少扰动（与网格相关），因为它可显著减少顺风方案本身的贡献。因此，默认情况下，与默认 HRIC 方案相比，修正的 HRIC 方案（作为 HRIC 方案压缩程度较低的版本）将生成更平滑但同时更加扩散的求解。但是，还可以调整方案的压缩程度，从而调整交界面锐度。

修正的 HRIC 方案更适合自由表面流 VOF 模拟，尤其侧重于通过行波或驻波表征的流。

请参见高分辨率交界面捕捉 (HRIC)。

修正的 HRIC

可用属性包括：

CFL_l

修正的 HRIC 对流离散方案中的库朗数下限。此值为 Eqn. (2612) 中的

{C o}_{l}

。

CFL_u

修正的 HRIC 对流离散方案中的库朗数上限。此值为 Eqn. (2612) 中的

{C o}_{u}

。

交界面锐度

根据顺风限制指定方案压缩程度的选项，高于该限制时修正的 HRIC 方案仅使用顺风差分。在 Eqn. (2610) 中为 $ξ_{D}$ 。

可用的选项包括：

默认 - 默认的修正 HRIC 差分方案，HRIC 方案的压缩版本较低。它相当于值 $ξ_{D} = 0.5$ 的顺风限制。
低 - 低交界面锐度，即相当于值 $ξ_{D} = 0.75$ 的大顺风限制。
高 - 高交界面锐度，即相当于值 $ξ_{D} = 0.25$ 的小顺风限制。此选项比默认设置的压缩程度高，并且会导致流体交界面锐化。
指定 - 激活顺风限制属性。使用此参数指定顺风限制值，以增大或减小流体交界面的锐度或扩散。

顺风限制

当选择指定交界面锐度方法时可用。

指定顺风限制值以提高流体交界面的锐度或扩散率。范围为 [0, 1]。

示例：以下图像显示了顺风限制的不同值的体积分数求解。


交界面锐度	顺风限制 = 0.3	顺风限制 = 0.7
指定

注	$ξ_{D}$ 的选择取决于要建模的特定物理系统，并且低值并非总是合适。如果顺风限制太低，数值模拟可能会变得不稳定，并且可能需要较小的时间步或较低的亚松弛因子才会收敛。

面密度重构

设置离散化方案以重构内部面处的密度。

方法	对应方法节点
一阶使用一阶面密度重构。此离散化方案的计算成本较低，但精度也较低。此选项是默认选择。对于不同传输方程之间高度一致性不太重要的模拟，此选项可用于减少其模拟时间。	无。
二阶使用二阶面密度重构。此离散化方案的计算成本较高，但可在所有传输方程之间提供高度一致性。此选项应该用于可压缩的模拟（即，当马赫数超过约 0.3 时）。	无。

交界面检测属性

控制 VOF 交界面的清晰网格单元和模糊网格单元的检测。可用于评估该 VOF 交界面的质量，方法是使用自由表面质量指示器自由表面质量指示器场函数和自由表面质量报告。

清晰交界面厚度准则

指定要将交界面标识为清晰的网格单元数。在 Eqn. (255) 中为

r_{1}

。

清晰网格单元的标识基于体积分数梯度的幅值。 $| {(\nabla α)}_{i} |$ 网格单元在以下条件满足时识别为清晰：

| {(\nabla α)}_{i} | \geq \frac{{(\nabla α)}_{i, \max}}{r_{1}}

(255)

其中为给定网格单元上可实现的最大体积分数梯度的空间分量，为用户指定的参数，表示网格单元达到该网格单元数时交界面视为清晰。 ${(\nabla α)}_{i, \max}$ $r_{1}$ 默认值为 5。

[下限, 上限]交界面体积分数范围: 指定用于定义模糊网格单元的体积分数下限和上限。模糊网格单元是指这类网格单元不符合 Eqn. (255) 中的清晰度准则，但仍含有大部分体积在根据以下条件检测到的用户自定义限值范围内：

$α_{l o w e r} < α_{i} < α_{u p p e r}$

(256)

其中和分别是交界面检测体积分数范围的下限和上限，而是体积分数。 $α_{l o w e r}$ $α_{u p p e r}$ $α_{i}$ 默认值为 [0.01, 0.99]。

HRIC 梯度平滑属性

激活启用 HRIC 梯度平滑时，将使用平滑梯度来预测 HRIC 方案中的迎风-迎风值。

请参见交界面平滑。

[最小值，最大值]梯度平滑步数

控制应用于体积分数梯度的最小和最大平滑步数。默认值为最小值 = 0 且最大值 = 20。

如果最小值 = 最大值，则执行精确的最小值平滑步数。如果最小值和最大值为 0，则不执行平滑并保留标准 HRIC 方法。如果最小值 < 最大值，则执行局部自适应平滑步数。

基准长度尺度因子

定义根据其计算相邻网格单元之间的曲率波动的基准长度尺度。默认值为 10。较小的因子导致局部平滑步数较少，较大的因子导致平滑步数更多。

初始条件

体积分数

区域设置

以下设置应用于每个相以及每个流体区域。

每个相动量源都添加到区域（流体混合物）动量源（请参见 Eqn. (2606)）。计算基于拖曳滑移速度时，还会考虑相动量源以及重力和惯性力（请参见 Eqn. (2921)）。

动量源选项

方法	对应的物理值节点
无指定将指定的动量源添加到动量方程。	选择指定方法时：动量源动量源速度导数请参见动量源选项。

方法

对应的物理值节点

无
指定: 将指定的动量源添加到动量方程。

选择指定方法时：

动量源
动量源速度导数

请参见动量源选项。

以下设置适用于流体区域。

初始条件选项

用于自定义单个区域的初始条件。

请参见设置特定区域的初始条件。

湍流源选项

在物理连续体中激活湍流模型时可用。

方法	对应的物理值节点
湍流源选项无指定环境	选择指定方法时：比耗散率源适用于 K-Omega 湍流模型。请参见 K-Omega 区域参考。湍动能源适用于 K-Omega 和 K-Epsilon 湍流模型。湍流耗散率源适用于 K-Epsilon 湍流模型。湍流耗散率源导数适用于 K-Epsilon 湍流模型。湍动能源导数适用于 K-Epsilon 湍流模型。请参见 K-Epsilon 区域参考。选择环境方法时：环境湍流指定

方法

对应的物理值节点

湍流源选项

无
指定
环境

选择指定方法时：

比耗散率源

适用于 K-Omega 湍流模型。

请参见 K-Omega 区域参考。

湍动能源

适用于 K-Omega 和 K-Epsilon 湍流模型。

湍流耗散率源

适用于 K-Epsilon 湍流模型。

湍流耗散率源导数

适用于 K-Epsilon 湍流模型。

湍动能源导数

适用于 K-Epsilon 湍流模型。

请参见 K-Epsilon 区域参考。

选择环境方法时：

环境湍流指定

体积分数源选项

方法	对应的物理值节点
相源项激活时，将启用用户指定的体积分数源。	体积分数源体积分数源压力导数体积分数源体积分数导数

场函数

激活流体体积 (VOF) 模型时，以下场函数变为可用：

[相]的绝对总压力

以恒熵方式使流在绝对运动框架中静止产生的压力，定义为

P_{t, a b s}^{i} = p_{t, i} + p_{r e f}

，其中，

p_{t, i}

和

p_{r e f}

分别为每相的总压力和参考压力。

自由表面质量指示器

清晰网格单元和模糊网格单元的标识基于交界面检测，它是流体体积 (VOF) 多相模型的一部分。

[相]的总压力

绝对总压力减去定义的参考压力。将指定每个相的总压力。

对于不可压缩的流体：

p_{t,i} = p + \frac{1}{2} ρ_{i} {v_{r e l, i}}^{2}

对于可压缩流体：

H_{t, r e l}^{i} = H (T_{0}, p_{t, i})

且

s (T_{0}, p_{t, i}) = s (T, p)

其中

$p$ 为混合物压力
$ρ_{i}$ 为相 i 的密度
$v_{r e l, i}$ 为相 i 的相对速度
$H_{t, r e l}^{i}$ 相 i 的相对总焓
$H (T, p)$ 温度为 T 且压力为 p 时的焓
$s (T, p)$ 温度为 T 且压力为 p 时的熵。

[相]的总温

通过使流体静止获得的温度。将使用所考虑相的状态方程指定每个相的总温度。

对于不可压缩的流体：

H_{t, r e l}^{i} = H (T_{t, i}, p_{t, i})

对于可压缩流体：

H_{t, r e l}^{i} = H (T_{t, i}, p_{0})

且

s (T_{t, i} {, p}_{0}) = s (T, p)

其中

$T$ 为混合物温度
$T_{t, i}$ 相 i 的相对总温度
$H_{t, r e l}^{i}$ 相 i 的相对总焓