VOF(Volume Of Fluid)方法能够通过在欧拉网格上使用离散的体积分数域表示光滑界面,在不可混合流体的数值模拟中得到广泛应用。针对多相流仿真中的液滴曲率计算问题,开发了一种计算界面曲率的算法。首先提出了一种新的数据生成方法,在...VOF(Volume Of Fluid)方法能够通过在欧拉网格上使用离散的体积分数域表示光滑界面,在不可混合流体的数值模拟中得到广泛应用。针对多相流仿真中的液滴曲率计算问题,开发了一种计算界面曲率的算法。首先提出了一种新的数据生成方法,在液滴界面上进行随机采样,增强网格内体积分数的信息量,并调整取值范围以覆盖正负曲率。然后改进了传统的深度神经网络(DNN)模型,使其在计算曲率时保持对称性。基于VOF方法与该模型,利用目标单元及邻近单元体积分数计算曲率。最后选取最优模型并应用于Basilisk软件中,以提高计算曲率的准确性和稳定性。测试结果表明,其计算曲率时准确稳定。在计算小半径液滴曲率时,误差减小了25%至50%,并能用于液滴融合仿真,证明了其应用价值。展开更多
VOF(Volume of Fluid)方法由于其良好的守恒性和网格适应性,且具有计算资源需求相对较小等优点,成为船舶水动力学领域自由面流动CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟的主流方法。但原始的VOF方法存在较为严重的界面扩散问题,导致模...VOF(Volume of Fluid)方法由于其良好的守恒性和网格适应性,且具有计算资源需求相对较小等优点,成为船舶水动力学领域自由面流动CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟的主流方法。但原始的VOF方法存在较为严重的界面扩散问题,导致模拟的界面厚度过大、空间分辨率不够,进而影响流场相关变量的计算精度,这一问题在非定常自由面流动模拟中尤为明显。本文针对上述问题,通过在VOF控制方程中引入人工对流项以达到抑制界面扩散、压缩界面厚度的目的,并采用隐式离散人工对流项的方式提高计算稳定性,形成了反扩散VOF算法。经Zalesak和剪切场等经典算例在不同数量网格下的测试验证,表明反扩散VOF算法能够大幅压缩界面厚度,同时明显减小质量误差。随后的三维无障碍溃坝算例和破舱进水算例,进一步证明了反扩散VOF算法在实际非定常流动模拟中能够更好地捕捉自由面并提高计算精度。展开更多
基于Volume of Fluid(VOF)模型对二维溃坝经典案例进行模拟,通过与实验值进行对比,验证VOF模型的计算精度。针对二维溃坝下游有障碍物的情况,研究不同时刻的流场变化情况,与实验结果比较分析,并对障碍物所受到的压力进行分析。通过更改...基于Volume of Fluid(VOF)模型对二维溃坝经典案例进行模拟,通过与实验值进行对比,验证VOF模型的计算精度。针对二维溃坝下游有障碍物的情况,研究不同时刻的流场变化情况,与实验结果比较分析,并对障碍物所受到的压力进行分析。通过更改障碍物的位置,研究不同障碍物位置对溃坝水流的影响,不同障碍物位置所受到的压力。结果表明:VOF可以很好地模拟溃坝水流。对于下游有障碍物的溃坝模型,障碍物的最低点所受到的压力最大,最高点所受到的压力最小。障碍物位置距离溃坝水流越远,受到的压力越大,液面变化越剧烈,溃坝水流撞击障碍物行成的水舌高度越高,飞溅的水体也相应增加,水舌撞击右壁面的高度越大。展开更多
为高效精确模拟航空动力系统的液态燃料横向射流多尺度雾化过程,分别采用离散相模型(discrete phase model,DPM)、流体体积(volume of fluid,VOF)法耦合DPM(VOF-DPM)对横向射流雾化过程进行数值模拟,对比2种模型对横向射流雾化过程的仿...为高效精确模拟航空动力系统的液态燃料横向射流多尺度雾化过程,分别采用离散相模型(discrete phase model,DPM)、流体体积(volume of fluid,VOF)法耦合DPM(VOF-DPM)对横向射流雾化过程进行数值模拟,对比2种模型对横向射流雾化过程的仿真结果,并研究模型转换直径与破碎模型对横向射流雾化过程仿真结果的影响。仿真结果表明:相比DPM,VOF-DPM仿真得到的射流穿透深度更接近试验结果,射流雾化过程更真实,并且能够捕捉到更详细的流场信息;当模型转换直径较小时,不能转换为离散相颗粒的液滴相对较多,这些液滴仍由VOF求解,并阻挡气流导致在其周围产生小涡团;添加破碎模型对射流穿透深度和流场结构几乎没有影响,但导致离散相颗粒继续破碎成更多更小的颗粒。展开更多
文摘VOF(Volume Of Fluid)方法能够通过在欧拉网格上使用离散的体积分数域表示光滑界面,在不可混合流体的数值模拟中得到广泛应用。针对多相流仿真中的液滴曲率计算问题,开发了一种计算界面曲率的算法。首先提出了一种新的数据生成方法,在液滴界面上进行随机采样,增强网格内体积分数的信息量,并调整取值范围以覆盖正负曲率。然后改进了传统的深度神经网络(DNN)模型,使其在计算曲率时保持对称性。基于VOF方法与该模型,利用目标单元及邻近单元体积分数计算曲率。最后选取最优模型并应用于Basilisk软件中,以提高计算曲率的准确性和稳定性。测试结果表明,其计算曲率时准确稳定。在计算小半径液滴曲率时,误差减小了25%至50%,并能用于液滴融合仿真,证明了其应用价值。
文摘VOF(Volume of Fluid)方法由于其良好的守恒性和网格适应性,且具有计算资源需求相对较小等优点,成为船舶水动力学领域自由面流动CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟的主流方法。但原始的VOF方法存在较为严重的界面扩散问题,导致模拟的界面厚度过大、空间分辨率不够,进而影响流场相关变量的计算精度,这一问题在非定常自由面流动模拟中尤为明显。本文针对上述问题,通过在VOF控制方程中引入人工对流项以达到抑制界面扩散、压缩界面厚度的目的,并采用隐式离散人工对流项的方式提高计算稳定性,形成了反扩散VOF算法。经Zalesak和剪切场等经典算例在不同数量网格下的测试验证,表明反扩散VOF算法能够大幅压缩界面厚度,同时明显减小质量误差。随后的三维无障碍溃坝算例和破舱进水算例,进一步证明了反扩散VOF算法在实际非定常流动模拟中能够更好地捕捉自由面并提高计算精度。
文摘基于Volume of Fluid(VOF)模型对二维溃坝经典案例进行模拟,通过与实验值进行对比,验证VOF模型的计算精度。针对二维溃坝下游有障碍物的情况,研究不同时刻的流场变化情况,与实验结果比较分析,并对障碍物所受到的压力进行分析。通过更改障碍物的位置,研究不同障碍物位置对溃坝水流的影响,不同障碍物位置所受到的压力。结果表明:VOF可以很好地模拟溃坝水流。对于下游有障碍物的溃坝模型,障碍物的最低点所受到的压力最大,最高点所受到的压力最小。障碍物位置距离溃坝水流越远,受到的压力越大,液面变化越剧烈,溃坝水流撞击障碍物行成的水舌高度越高,飞溅的水体也相应增加,水舌撞击右壁面的高度越大。
文摘为高效精确模拟航空动力系统的液态燃料横向射流多尺度雾化过程,分别采用离散相模型(discrete phase model,DPM)、流体体积(volume of fluid,VOF)法耦合DPM(VOF-DPM)对横向射流雾化过程进行数值模拟,对比2种模型对横向射流雾化过程的仿真结果,并研究模型转换直径与破碎模型对横向射流雾化过程仿真结果的影响。仿真结果表明:相比DPM,VOF-DPM仿真得到的射流穿透深度更接近试验结果,射流雾化过程更真实,并且能够捕捉到更详细的流场信息;当模型转换直径较小时,不能转换为离散相颗粒的液滴相对较多,这些液滴仍由VOF求解,并阻挡气流导致在其周围产生小涡团;添加破碎模型对射流穿透深度和流场结构几乎没有影响,但导致离散相颗粒继续破碎成更多更小的颗粒。
