相替换

相替换可以应用于一系列伪相体积分数导致数值不稳定的场景。一个常见用例是涉及自由表面流的模拟，但相替换通常适用于各种复杂的多相系统。

在船舶应用中，通风是指船体下方吸入空气。但是，数值通风指由于待解决的网格、时间步或其他数值问题，模拟中错误地发生此现象。

例如，在船舶模拟中，浸湿的船体表面可能会被错误地覆盖上一层空气层。由于空气的粘度比水低得多，这会导致曳力在模拟中被人为降低。

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虽然实际通风现象在铸造应用中并不常见，但数值通风仍可能发生，并会显著影响模拟精度。例如，在模具填充模拟中，厚度为一个网格单元的空气层将热熔体与冷模具隔离开来。这种隔离会严重影响从熔体到模具的热传递，从而影响凝固时间和冷疤的发生。同样，在反重力铸造工艺中，当熔体通过垂直通道向上游流动，熔体表面下方会吸入一层薄气体层。此吸入层同样会扰乱边界热传递，导致热分布变形。

相替换模型无法区分模拟中的真实通风和数值通风。但是，它会根据用户自定义的阈值，尝试通过将指定相替换为另一个相来消除该相。

尽管相替换模型有助于减少数值问题，但必须谨慎使用，以避免不稳定现象。例如，在根据几何准则（网格单元形心位置）选择的网格单元中，将气相完全替换为液相会创建一个由网格面限定的人工液体区域。这将形成与网格对齐的非物理自由表面，而不是真实的交界面。当采用体积分数梯度进行表面张力计算时，此人工表面会导致曲率估计值不稳定并快速波动，从而产生违背物理规律的力，这些力可能会破坏动量求解的稳定性，严重时还会导致求解器发散。