自由表面模型参考

使用自由表面模型，可以模拟粘性液体表面上的移动和形状变化。单相流和多相流均支持此模型。


提供方式	[物理连续体] > 模型 > 可选模型
节点路径示例	连续体 > 物理 1 > 模型 > 自由表面
要求	空间：三维流体: 粘性流
属性	请参见自由表面属性。
激活	边界输入	请参见自由表面边界设置。
	区域输入	物理条件 > Alignment Option(对齐选项)。请参见自由表面区域设置。
	求解器	请参见网格变形。
	场函数	请参见场函数
	运动	请参见变形。

自由表面属性

拉伸方向: 指定粘性流移动所沿的轴：X、Y 或 Z。默认值为 Z。
运动条件: 根据速度方向定位边界。线将约束网格单元边和拉伸方向，使其与边界上的速度矢量对齐。宽松的表面设置仅约束网格单元面，使其与速度矢量平行。默认值为线。请参见运动条件。
限制 X
限制 Y
限制 Z: 当上述任一属性打开时，会将给定方向上的速度矢量积分设为零。当给定方向上没有对称平面时，可使用这些属性。默认值为关闭。
限制扭矩: 在某些情况下（例如，应用周期边界条件、但不应用对称边界条件时），自由表面具有绕拉伸轴的旋转自由度。此旋转自由度可能会导致自由表面出现任意大旋转，引发负体积错误。此属性打开时，将约束此旋转。默认值为关闭。
松弛自由表面: 此属性打开时，Simcenter STAR-CCM+ 将逐渐引入运动条件。如果固定域模型收敛、但自由表面模型不收敛，则可使用此属性找出自由表面拓扑问题。默认情况下，此属性处于关闭状态。
拉伸力矩: 当任一限制属性打开时，此属性将指定拉伸方向上设为零的力矩数。属性值越大，拉伸部分刚度越大。大于 5 的值很少使用。默认值为 3。
横向-FS 稳定性: 用于消除因线运动条件而导致的不规则的数字稳定性项。默认值为 0.01。

自由表面边界设置

除对称平面以外的所有边界类型

变形指定

控制如何执行边界变形。有关更多信息，请参见变形边界条件参考。选择自由表面模型时将会激活。对于某些边界，下列方法只有一部分可用。

方法	对应的物理值节点
固定	变形薄化因子
约束添加以下节点：变形约束条件指定变形平面约束条件指定拖曳	变形平面选项
位移添加变形位移指定节点。	变形薄化因子
浮动	无

拉力

对于拉伸模拟，控制垂直于拉伸方向的边界处的拖曳速度。[边界] > 物理条件 > 变形指定设为约束时变为可用。请参见拖曳。

方法	对应的物理值节点
无拖曳自由表面出口未应用力。	无。
拖曳速度在自由表面末端应用牵引速度。	拖曳速度使用选定的方法设置牵引速度。
已对齐出口对出口边界上的速度矢量的切向分量施加零 Dirichlet 条件，但在法向设置零力（或拖曳）条件。	无。
法向速度在自由表面的末端施加牵引速度，并在出口的切向方向施加零拖曳。	拖曳速度使用选定的方法设置牵引速度。
开放边界根据上游值，在出口处的所有三个方向上施加拖曳。	无。

对称平面

变形平面选项: 此节点将添加到物理值下。有关详细信息，请参见变形平面选项。

自由流

表示自由表面模拟中挤出的外表面。该边界的位置通过任意-拉格朗日-欧拉 (ALE) 方法计算为解算方案的一部分。根据选定的变形设置，边界的节点由变形移动。请参见自由流。

自由表面选项

在物理连续体中选择自由表面模型和隐式非稳态时间模型时激活。确定用于约束拉伸体运动的方法。

选项可设置为以下内容：

ALE - 约束拉伸方向的网格运动。适用于稳态拉伸模拟。
拉格朗日 - 允许网格的拉伸方向移动。适用于瞬态拉伸模拟。

剪切应力指定

当为区域 > [区域] > 物理条件 > 对齐选项选择未与拉伸和接触对齐方法时，剪切应力指定可用于具有拉格朗日自由表面选项的自由流边界。

剪切应力指定用于确定是将无滑移条件还是部分滑移条件应用于自由流边界。请注意，滑移条件仅应用于接触节点。

选项	对应的物理值节点
滑移拉格朗日类型自由流边界条件的滑移根据幂律滑移关系计算。此方法允许接触流体节点沿障碍表面滑动。	滑移系数设置用于计算单位表面剪切力的滑动系数。在 Eqn. (1025) 中为 $k_{s}$ 。滑动指数设置用于计算单位表面剪切力的滑动指数。在 Eqn. (1025) 中为 $n_{s}$ 。
无滑移在无滑移或粘附条件下，与障碍接触的流体自由表面将粘附在障碍上。	无。

选项

对应的物理值节点

滑移: 拉格朗日类型自由流边界条件的滑移根据幂律滑移关系计算。此方法允许接触流体节点沿障碍表面滑动。

滑移系数: 设置用于计算单位表面剪切力的滑动系数。在 Eqn. (1025) 中为 $k_{s}$ 。

滑动指数: 设置用于计算单位表面剪切力的滑动指数。在 Eqn. (1025) 中为 $n_{s}$ 。

无滑移: 在无滑移或粘附条件下，与障碍接触的流体自由表面将粘附在障碍上。

无。

自由表面区域设置

应用于流体区域。

Alignment Option(对齐选项)

确定拉伸体网格单元的允许移动方向。

选项	对应的物理值节点
已对齐允许网格单元的拉伸流向移动。仅适用于稳态拉伸。	无。
未对齐允许网格单元的所有方向移动。仅适用于稳态拉伸。	无。
与拉伸未对齐允许网格单元的拉伸方向移动。仅适用于非稳态拉伸流。	无。
未与拉伸和接触对齐启用接触检测以及具有拉格朗日自由表面条件的自由流边界与外部障碍（刚性表面）之间的相互作用。这些障碍既可以定义为几何部件，也可以通过用户指定的准则定义。几何部件既可以是静态部件，也可以是移动部件。此选项仅适用于拉格朗日自由表面法和非稳态拉伸流。	接触阈值指定从流体区域的节点到指定障碍的接触距离。如果顶点和障碍之间的距离小于此阈值，运动条件将停止流体运动。

接触障碍类型

当为区域 > [区域] > 物理条件 > 对齐选项选择未与拉伸和接触对齐方法时可用。

设置与自由表面接触的障碍表面类型。

选项	对应的物理值节点
几何部件接触使用几何部件指定与拉格朗日自由表面接触的障碍。	接触几何部件选择定义接触障碍的几何部件。几何部件的表面必须是网格化的闭合表面。如果接触障碍正在移动，则选择由转换操作生成的新输出部件。此部件通常命名为 [geometry part_Transform]，反映了定义障碍的原始几何部件的转换。
用户自定义接触准则使用用户自定义准则指定与拉格朗日自由表面接触的障碍。	用户自定义接触准则选择用户自定义场函数，以定义与拉格朗日自由表面接触的障碍。用户自定义准则是考虑接触阈值的条件。

场函数

激活自由表面表面模式后以下场函数可用。

自由表面接触状态: 自由表面接触状态场函数使用值 1 表示流体区域处于接触状态，值 0 表示无接触。

方法	对应的物理值节点
无拖曳自由表面出口未应用力。	无。
拖曳速度在自由表面末端应用牵引速度。	拖曳速度使用选定的方法设置牵引速度。
已对齐出口对出口边界上的速度矢量的切向分量施加零 Dirichlet 条件，但在法向设置零力（或拖曳）条件。	无。
法向速度在自由表面的末端施加牵引速度，并在出口的切向方向施加零拖曳。	拖曳速度使用选定的方法设置牵引速度。
开放边界根据上游值，在出口处的所有三个方向上施加拖曳。	无。

选项	对应的物理值节点
几何部件接触使用几何部件指定与拉格朗日自由表面接触的障碍。	接触几何部件选择定义接触障碍的几何部件。几何部件的表面必须是网格化的闭合表面。如果接触障碍正在移动，则选择由转换操作生成的新输出部件。此部件通常命名为 [geometry part_Transform]，反映了定义障碍的原始几何部件的转换。
用户自定义接触准则使用用户自定义准则指定与拉格朗日自由表面接触的障碍。	用户自定义接触准则选择用户自定义场函数，以定义与拉格朗日自由表面接触的障碍。用户自定义准则是考虑接触阈值的条件。