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基于VOF方法的码头群桩结构流固耦合动力响应数值模拟 被引量:1
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作者 张其一 孟祥飞 +1 位作者 陈凯 郭东起 《水运工程》 2025年第2期178-183,231,共7页
高桩结构是一种港口海岸码头广泛应用的结构形式,其在波浪作用下的结构动力响应是保证码头稳定运行的关键因素。使用ABAQUS软件建立码头三维模型、STAR-CCM+软件建立波浪水槽,采用k-ε湍流模型和流体体积(VOF)运动界面追踪方法模拟波浪... 高桩结构是一种港口海岸码头广泛应用的结构形式,其在波浪作用下的结构动力响应是保证码头稳定运行的关键因素。使用ABAQUS软件建立码头三维模型、STAR-CCM+软件建立波浪水槽,采用k-ε湍流模型和流体体积(VOF)运动界面追踪方法模拟波浪,实现码头群桩结构和波浪之间双向耦合的模拟。由于桩距与桩直径的比值大于4,不需要考虑桩间相互影响,对比模型试验误差低于5%精度可以满足要求。结果表明,码头群桩在波高为0.3、0.4、0.5 m下的最大受力和位移均能满足规范要求,桩顶处位移最大为0.66 mm;最大应力产生在群桩前排桩底,为152.4 kPa,桩底区域混凝土易发生失稳破坏,实际工程中应格外关注。 展开更多
关键词 群桩结构 vof方法 双向耦合 结构动力响应
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基于DES模型及VOF方法的泄洪消能结构水流脉动特性分析
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作者 侯春尧 张洪毅 +5 位作者 胡长浩 刘璐瑶 刘康 谢辉 李永龙 王皓冉 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第18期7770-7777,共8页
强烈的水流脉动是造成消力池等水工结构损伤的重要原因之一,因此明晰水工结构中的水流脉动特性对保障工程安全运行至关重要。基于DES模型及VOF方法建立了亭子口水电站消力池水工模型的精细数值模型,模拟结果与实验结果一致性较好。基于... 强烈的水流脉动是造成消力池等水工结构损伤的重要原因之一,因此明晰水工结构中的水流脉动特性对保障工程安全运行至关重要。基于DES模型及VOF方法建立了亭子口水电站消力池水工模型的精细数值模型,模拟结果与实验结果一致性较好。基于数值模拟结果分析了消力池中压力波动、脉动流速、涡量、以及紊动能的分布变化情况。结果表明消力池中压力波动沿水流方向表现出双峰分布特点,且在水流冲击区脉动量占比超过10%;展向和流向脉动流速在消力池中占主导地位,垂向脉动较弱,在水舌碰撞区域底板中心线处的展向脉动流速迅速减小;底板中心线和表孔中心线上流向和垂向的涡量具有小时均值、大脉动值的特点,跌坎引起的横轴旋涡对展向涡量分布有较大影响。紊动能能谱分析的结果显示消力池中水流脉动主要由大量1Hz以下的低频脉动组成,表明消力池中的紊流波动主要由大尺度和低频的涡流控制。研究结果有助于加深对消力池等泄洪消能结构水流特性的认知,为其设计及安全评估提供了一定参考。 展开更多
关键词 消力池 数值模拟 脉动特性 DES模型 vof方法
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基于VOF模型的真空引水罐内流动特性
3
作者 王欢 赵睿杰 +2 位作者 李红 杨帆 潘绪伟 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第1期74-79,共6页
为解决真空引水罐出口气体流出问题,探究罐内气液两相流动机理,基于RNG k-ε湍流模型和VOF模型对真空引水罐进行计算,对不同初始状态下真空引水罐内的气液两相交界面形态、出口管气体流出量以及出口管内流动状态进行分析,讨论了真空引... 为解决真空引水罐出口气体流出问题,探究罐内气液两相流动机理,基于RNG k-ε湍流模型和VOF模型对真空引水罐进行计算,对不同初始状态下真空引水罐内的气液两相交界面形态、出口管气体流出量以及出口管内流动状态进行分析,讨论了真空引水罐内初始状态对罐内流场的影响,总结了罐内水位对内部流场及出口管的作用关系.结果显示:当初始水位远高于进水管时会大幅优化真空引水罐内流场;与原初始水位相比,罐内气液两相交界面的交互作用减少;气体流出量体积分数峰值从最初的6.916%降至0.106%,平均值从3.442%降至0.027%;出口管流态得到明显改善,顶部低压区域减少.研究结果表明初始水位的变化会影响真空引水罐内流场特性、气体流出量及出口管流态,为深入认识真空引水罐内部流动及真空引水罐的设计提供了数据支撑. 展开更多
关键词 引水罐 流体体积模型 罐内水位 罐内流场 出口流态
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基于DPM-VOF耦合的高铅渣底吹还原炉内多相流动数值模拟
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作者 闫红杰 黄正宗 +2 位作者 郝澳 夏韬 刘柳 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第2期607-620,共14页
高铅渣底吹还原炉内天然气-熔体或载气-熔体-煤粉构成的多相体系复杂行为与熔炼效率和系统产能紧密相关。本文基于DPM-VOF耦合模型,研究了工业尺度的高铅渣底吹还原炉内分别以天然气和煤粉为还原剂的气-液两相流和气-液-固多相流复杂行... 高铅渣底吹还原炉内天然气-熔体或载气-熔体-煤粉构成的多相体系复杂行为与熔炼效率和系统产能紧密相关。本文基于DPM-VOF耦合模型,研究了工业尺度的高铅渣底吹还原炉内分别以天然气和煤粉为还原剂的气-液两相流和气-液-固多相流复杂行为。结果表明:天然气作还原剂时,炉膛两端熔体流速平缓,喷枪区域流速剧烈,呈“脉冲状”分布;喷枪附近压力呈两侧大、中间小的“V”字形分布;喷枪区域压力波动剧烈,虽可强化气液搅拌过程但易造成喷枪损坏和熔体喷溅。采用煤粉作还原剂时,煤粉从喷枪喷出后最初分布在气团内部和气液交界面处,随后扩散至熔池中上部和烟气区域;熔池内煤粉分布在0.25~0.85 m深度范围;喷枪附近煤粉浓度相近,均未出现沉积现象。 展开更多
关键词 底吹还原炉 多相流 DPM-vof模型 数值模拟 直接炼铅工艺
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基于VOF方法的同轴气泡聚并数值模拟研究 被引量:1
5
作者 郝文杰 韩晋玉 +2 位作者 刘瑶 赵陈儒 薄涵亮 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第6期1262-1271,共10页
气液两相流动广泛存在于反应堆堆芯以及蒸汽发生器等设备中。气泡聚并、破碎等气泡动力学行为直接影响相关设备的热工水力性能。群平衡模型(PBM)是多相流系统中处理多组分粒子平衡问题的重要方法。气泡聚并核函数是PBM主要核函数之一,... 气液两相流动广泛存在于反应堆堆芯以及蒸汽发生器等设备中。气泡聚并、破碎等气泡动力学行为直接影响相关设备的热工水力性能。群平衡模型(PBM)是多相流系统中处理多组分粒子平衡问题的重要方法。气泡聚并核函数是PBM主要核函数之一,用于描述两个或多个气泡在碰撞过程中聚并为一个较大气泡的概率,其准确性直接影响欧拉-欧拉框架下的气泡动力学行为研究及热工水力性能的预测。排液模型是当前应用最为广泛的聚并效率模型,是聚并核函数的重要部分。通过将流体体积法(VOF)与连续表面力模型(CSF)相结合对两同轴气泡聚并过程开展了2D数值模拟,并根据模拟结果定量获得气泡聚并过程的排液时间,通过研究不同黏度下气泡的聚并,定量描述了气泡开始排液的接触时刻,讨论了初始液膜厚度与气泡直径、形变比以及黏度之间的关系,对文献中已有的4个排液时间模型的适用性及准确性进行系统评价。研究结果表明,接触时刻的定义,初始液膜厚度的预测,以及黏性力和惯性力作用的综合考虑和评估对于提高排液时间模型的准确性,扩展其适用范围,进而提高PBM方法的计算准确性有重要的意义。 展开更多
关键词 vof方法 气泡聚并 接触时刻 初始液膜厚度 排液时间
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A second order volume of fluid (VOF) scheme for numerical simulation of 2-D breaking waves 被引量:1
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作者 ZONG Zhi DONG Guo-hai 《Journal of Marine Science and Application》 2007年第2期1-5,共5页
Among all environmental forces acting on ocean structures and marine vessels, those resulting from wave impacts are likely to yield the highest loads. Being highly nonlinear, transient and complex, a theoretical analy... Among all environmental forces acting on ocean structures and marine vessels, those resulting from wave impacts are likely to yield the highest loads. Being highly nonlinear, transient and complex, a theoretical analysis of their impact would be impossible without numerical simulations. In this paper, a pressure-split two-stage numerical algorithm is proposed based on Volume Of Fluid (VOF) methodology. The algorithm is characterized by introduction of two pressures at each half and full cycle time step, and thus it is a second-order accurate algorithm in time. A simplified second-order Godunov-type solver is used for the continuity equations. The method is applied to simulation of breaking waves in a 2-D water tank, and a qualitative comparison with experimental photo observations is made. Quite consistent results are observed between simulations and experiments. Commercially available software and Boundary Integral Method (BIM) have also been used to simulate the same problem. The results from present code and BIM are in good agreement with respect to breaking location and timing, while the results obtained from the comrnercial software which is only first-order accurate in time has clearly showed a temporal and spatial lag, verifying the need to use a higher order numerical scheme. 展开更多
关键词 vof breaking wave SECOND-ORDER ALGORITHM numerical simulation
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基于VOF-FEM方法考虑内部构件影响的大型液舱晃荡强度研究
7
作者 李昊 刘俊 +2 位作者 毛佳寅 黄德海 郭涵慧 《中国造船》 北大核心 2025年第4期148-159,共12页
基于VOF方法,针对某船大型液舱建立了考虑内部构件影响的三维晃荡数值模型,开展水动力载荷计算,与液舱晃荡试验的对比验证了计算方法的有效性。基于PATRAN平台的PCL语言编写工具软件,将时空变化的冲击载荷自动加载到有限元模型,开展了... 基于VOF方法,针对某船大型液舱建立了考虑内部构件影响的三维晃荡数值模型,开展水动力载荷计算,与液舱晃荡试验的对比验证了计算方法的有效性。基于PATRAN平台的PCL语言编写工具软件,将时空变化的冲击载荷自动加载到有限元模型,开展了在不同装载高度和船舶不同运动状态下液舱结构动力响应分析和强度校核。对晃荡载荷的准静态等效方法展开研究,采用载荷时历最大值及载荷包络值两种等效方法进行对比分析。结果表明:在目标船设计工况下,载荷包络值的静力分析应力略大于其他状态下的应力,且比值在1.000~1.064浮动,涵盖了所有危险状态,建议用该方法获得的准静态载荷进行液舱晃荡强度校核。 展开更多
关键词 液舱晃荡 vof-FEM载荷转换 瞬态响应分析 静力分析 强度校核
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基于VOF方法的多级交替注入酸化压裂指进模拟
8
作者 高步栋 牟建业 +3 位作者 张士诚 马新仿 卢盼盼 王雷 《石油科学通报》 2025年第3期540-552,共13页
致密碳酸盐岩储层常采用多级交替注入酸压技术来增加裂缝面差异刻蚀和提高酸蚀裂缝导流能力。通过数值模拟可优化多级交替注入施工参数,从而提高酸压改造效果,对压后增产及稳产具有重要作用。但目前关于多级交替注入酸压的数值模拟常忽... 致密碳酸盐岩储层常采用多级交替注入酸压技术来增加裂缝面差异刻蚀和提高酸蚀裂缝导流能力。通过数值模拟可优化多级交替注入施工参数,从而提高酸压改造效果,对压后增产及稳产具有重要作用。但目前关于多级交替注入酸压的数值模拟常忽略酸岩反应或采用等效粘度方法开展研究,模拟结果与实际情况仍存在较大偏差。针对该问题,本文基于流体体积法(VOF)建立了考虑流体界面追踪和酸岩反应的多级交替注入酸压数学模型。采用有限差分法对数学模型进行离散,得到数值模型,并通过编程求解。通过将本模型模拟结果与实验结果以及解析解进行对比,验证了模型在模拟粘性指进及酸液刻蚀方面的准确性。在此基础上,利用该模型开展了多级交替注入酸压模拟,分析了不同交替注入级数下的酸液流动反应规律、粘性指进特征及刻蚀缝宽变化规律。同时,综合考虑酸液作用距离、指进数量及其覆盖面积,提出粘性指进系数,评价了多级交替注入酸压的差异刻蚀效果。研究结果表明,在典型缝宽及交替注入条件下,低粘酸液在粘度差作用下在裂缝中逐渐形成优势通道,即指进现象。随着注入级数增加,相邻的指进分支之间竞争发育,指进合并。酸液有效作用距离随着交替注入级数增加而增加。存在某一临界注入级数,当注入级数大于该级数后,酸液作用距离增加速度变缓。此时,增加级数只能使指进区域内刻蚀增加。因此,对于给定的裂缝条件和酸液体系,存在一个较优的注入级数范围,使得裂缝差异刻蚀和酸液作用距离同时达到较佳效果。本文模型可为多级交替注入酸压提供优化模拟工具,模拟结果可为现场施工方案设计提供理论依据。 展开更多
关键词 多级交替注入 酸压 vof 界面追踪 粘性指进 酸液作用距离 数值模拟
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A stencil-like volume of fluid (VOF)method for tracking free interface
9
作者 李孝伟 樊俊飞 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 2008年第7期881-888,共8页
A stencil-like volume of fluid (VOF) method is proposed for tracking free interface. A stencil on a grid cell is worked out according to the normal direction of the interface, in which only three interface positions... A stencil-like volume of fluid (VOF) method is proposed for tracking free interface. A stencil on a grid cell is worked out according to the normal direction of the interface, in which only three interface positions are possible in 2D cases, and the interface can be reconstructed by only requiring the known local volume fraction information. On the other hand, the fluid-occupying-length is defined on each side of the stencil, through which a unified fluid-occupying volume model and a unified algorithm can be obtained to solve the interface advection equation. The method is suitable for the arbitrary geometry of the grid cell, and is extendible to 3D cases. Typical numerical examples show that the current method can give "sharp" results for tracking free interface. 展开更多
关键词 volume of fluid vof method fluid volume fraction function interfacere-construction
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基于VOF方法的半封闭圆柱入水受载和运动特征 被引量:1
10
作者 文华东 汪子钊 《船舶工程》 北大核心 2025年第3期145-151,共7页
[目的]与传统的实心圆柱形入水过程相比,开放空腔圆柱形结构的入水过程更为复杂,对其入水机理的研究对类似结构的设计具有重要指导意义。[方法]采用流体体积法(VOF)对开放空腔圆柱的入水机理进行研究,对其在入水过程中的载荷和运动特征... [目的]与传统的实心圆柱形入水过程相比,开放空腔圆柱形结构的入水过程更为复杂,对其入水机理的研究对类似结构的设计具有重要指导意义。[方法]采用流体体积法(VOF)对开放空腔圆柱的入水机理进行研究,对其在入水过程中的载荷和运动特征进行分析。基于计算流体力学(CFD)方法,以现有试验数据为基准,进行网格不确定性分析,验证该数值方法的准确性。在此基础上,研究不同入水角度下半封闭圆柱的入水过程,评估入水角度对半封闭圆柱所受载荷和运动特征的影响。[结果]研究结果表明:减小入水角度能有效降低圆柱表面的接触载荷;在半封闭圆柱入水过程中,圆柱两侧不对称的气泡空腔会导致横向速度出现短暂波动,波动幅值随入水角度的增大而减小,同时圆柱内部空气压力发生波动会导致圆柱的横向速度和竖向速度出现周期性波动,该波动受入水角度的影响较小,在各入水角下均较为明显。[结论]该研究可供类似结构的声呐浮标和某些水下机器人的结构设计参考。 展开更多
关键词 半封闭圆柱入水 流体体积法(vof) 空腔演化 流体载荷
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Accuracy Improvement of PLIC-VOF Volume-Tracking Method Using the Equation of Surface Normal Vector
11
作者 Mingyu Sun 《Advances in Pure Mathematics》 2013年第1期219-225,共7页
The PLIC/SN method that combines the second-order volume tracking method (PLIC-VOF) with the equation of surface normal (SN) vector was recently proposed (M. Sun, “Volume Tracking of Subgrid Particles,” Internationa... The PLIC/SN method that combines the second-order volume tracking method (PLIC-VOF) with the equation of surface normal (SN) vector was recently proposed (M. Sun, “Volume Tracking of Subgrid Particles,” International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 66, No. 12, 2011, pp. 1530-1554). The method is able to track the motion of a subgrid particle, but the accuracy is not as good as expected on high resolution grids for vortical flows. In this paper, a simple unsplit multidimensional advection algorithm is coupled with the equation of SN vector. The advection algorithm is formulated as the finite volume method, so that it can be used readily for both structured and unstructured grids while maintaining the exact mass conservation. The new method improves the accuracy significantly for high resolution grids. In the well-known test of the time-resolved vortex problem of T = 2, the circular interface is resolved with an accuracy better than ever using the equation of SN vector. 展开更多
关键词 vof PLIC PLIC/SN SURFACE NORMAL Interface Level Set UNSTRUCTURED Grid
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基于DPM-to-VOF方法的液滴射流撞壁过程研究
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作者 陈青山 王明军 +2 位作者 田文喜 秋穗正 苏光辉 《核动力工程》 北大核心 2025年第1期83-91,共9页
喷淋雾化被广泛应用于核动力设备中,以保证其安全稳定运行。喷淋时,部分液滴会撞击设备壁面,以液膜的形式进行扩展和演变。基于Fluent软件的离散相-连续相转换(DPM-to-VOF,DTV)方法进行了液滴射流撞壁研究,使用两液滴滴落过程试验图像... 喷淋雾化被广泛应用于核动力设备中,以保证其安全稳定运行。喷淋时,部分液滴会撞击设备壁面,以液膜的形式进行扩展和演变。基于Fluent软件的离散相-连续相转换(DPM-to-VOF,DTV)方法进行了液滴射流撞壁研究,使用两液滴滴落过程试验图像验证了模拟方法的准确性,研究了液滴射流注入速度、入射角度对壁面液膜形态的影响规律,得到了液滴溅射率随入射条件的变化情况,并分析了液滴撞击壁面时重力、表面张力、速度分量等对液膜形态扩展过程、液滴溅射率的影响。研究发现,增大注入速度能加大对液膜的扰动,液膜与壁面的接触面积显著增大,液膜区宽度和高度增加;增大入射角度对液膜形态的改变影响较大,体现在液膜区宽度增加和液膜区高度减小,液膜表面稳定性减低。溅射率随着注入速度和入射角度的增大而增大,其中,入射角度对溅射率的影响更大。 展开更多
关键词 离散相-连续相转换 液滴射流撞壁 液膜扩展演变 液滴滴落融合
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基于VOF数值模拟的南极磷虾真空吸鱼泵研究
13
作者 林楠飞 隋江华 梁吉昌 《中国渔业质量与标准》 2025年第2期43-48,共6页
为满足南极远洋渔业对自动化捕捞设备的需求,本研究重点分析了3种不同流速下吸鱼泵内部回流、旋涡和速度的跳跃流动特性及发展规律,基于Realizable k-ε控制方程和VOF湍流模型建立了吸鱼泵集鱼罐气-水两相流三维数值模型。在气液两相流... 为满足南极远洋渔业对自动化捕捞设备的需求,本研究重点分析了3种不同流速下吸鱼泵内部回流、旋涡和速度的跳跃流动特性及发展规律,基于Realizable k-ε控制方程和VOF湍流模型建立了吸鱼泵集鱼罐气-水两相流三维数值模型。在气液两相流定常数值计算中,通过集鱼罐内部流场的静压力分布与速度场分布,确定其流动规律合理,符合物理基本理论。仿真结果显示,在设计流量液体流速在0.8~1.6 m/s时,南极磷虾吸鱼泵的流体迹线顺畅,无明显漩涡和乱流,能有效减少磷虾与壁面的撞击,适合南极磷虾的无损输送;当设计流量液体流速超过1.6 m/s时,鱼体损伤率相对较高。本研究可为远洋捕捞真空式吸鱼泵的优化提供参考依据。 展开更多
关键词 远洋捕捞 南极磷虾 真空式吸鱼泵 vof 数值模拟
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Youngs-VOF法在浅水问题中的应用
14
作者 赵东淼 刘琦 +2 位作者 陈剑 刘易 周洋 《水利技术监督》 2025年第11期277-281,335,共6页
涌潮、溃坝波、浅水波等浅水运动问题自由面具有较强的非线性,影响堤坝、水库、码头等水利工程的设计、施工及运管。为了解浅水问题的自由面及流速、压强沿水深的分布特性,文章以精度较高的ELVIRA自由面斜率确立方法取代Youngs-VOF法中... 涌潮、溃坝波、浅水波等浅水运动问题自由面具有较强的非线性,影响堤坝、水库、码头等水利工程的设计、施工及运管。为了解浅水问题的自由面及流速、压强沿水深的分布特性,文章以精度较高的ELVIRA自由面斜率确立方法取代Youngs-VOF法中的自由面法向计算方法,建立了基于Youngs-VOF法的垂向二维浅水运动模型。采用溃坝波、混合流、孤立波爬坡等问题验证了模型自由面非线性的处理能力,该浅水模型可用于模拟浅水的流动特性、分析浅水运动对水利工程的作用。 展开更多
关键词 vof 浅水 自由面 溃坝波 混合流
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基于VOF法和改进DNN模型的三维液滴曲率算法
15
作者 曾西平 刘牧远 《四川轻化工大学学报(自然科学版)》 2025年第2期37-46,共10页
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
关键词 vof 液滴曲率 深度神经网络 数值模拟 液滴仿真
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基于多相流VOF汽车集成水箱排气系统试验与仿真对标
16
作者 束正勇 李俊杰 +2 位作者 魏延军 金莹莹 白慧龙 《内燃机与配件》 2025年第15期34-37,共4页
汽车集成管路冷却液加注后,由于管路结构的复杂性导致内部残余气体无法被排除,依旧存在空气,需要通过水泵自驱排气过程把内部残余气体排出。本文基于CFD采用欧拉多相流VOF模型对集成管路系统进行三维模型仿真,并对仿真结果与试验进行对... 汽车集成管路冷却液加注后,由于管路结构的复杂性导致内部残余气体无法被排除,依旧存在空气,需要通过水泵自驱排气过程把内部残余气体排出。本文基于CFD采用欧拉多相流VOF模型对集成管路系统进行三维模型仿真,并对仿真结果与试验进行对标分析,验证排气仿真方法的可靠性。编写自定义函数,定义加注完成后气体体积分数分布情况,采用刚体运动模型,模拟水泵开启实际工况,与试验进行对标分析,为实际排气方法提供优化建议与指导。 展开更多
关键词 集成管路 排气 vof模型
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Influence of Fractal Dimension on Gas-Driven Two-Phase Flow in Fractal Porous Media:A VOF Model-Based Simulation
17
作者 Xiaolin Wang Richeng Liu +3 位作者 Kai Qiu Zhongzhong Liu Shisen Zhao Shuchen Li 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 2025年第7期289-307,共19页
Gas-liquid two-phase flow in fractal porous media is pivotal for engineering applications,yet it remains challenging to be accurately characterized due to complex microstructure-flow interactions.This study establishe... Gas-liquid two-phase flow in fractal porous media is pivotal for engineering applications,yet it remains challenging to be accurately characterized due to complex microstructure-flow interactions.This study establishes a pore-scale numerical framework integratingMonte Carlo-generated fractal porousmedia with Volume of Fluid(VOF)simulations to unravel the coupling among pore distribution characterized by fractal dimension(Df),flow dynamics,and displacement efficiency.A pore-scale model based on the computed tomography(CT)microstructure of Berea sandstone is established,and the simulation results are compared with experimental data.Good agreement is found in phase distribution,breakthrough behavior,and flow path morphology,confirming the reliability of the numerical simulation method.Ten fractal porous media models with Df ranging from 1.25~1.7 were constructed using a Monte-Carlo approach.The gas-liquid two-phase flow dynamics was characterized using the VOF solver across gas injection rates of 0.05-5m/s,inwhich the time-resolved two-phase distribution patternswere systematically recorded.The results reveal that smaller fractal dimensions(Df=1.25~1.45)accelerate fingering breakthrough(peak velocity is 1.73 m/s at Df=1.45)due to a bimodal pore size distribution dominated by narrow channels.Increasing Df amplifies vorticity generation by about 3 times(eddy viscosity is 0.033 Pa⋅s at Df=1.7)through reduced interfacial curvature,while tortuosity-driven pressure differentials transition from sharp increases(0.4~6.3 Pa at Df=1.25~1.3)to inertial plateaus(4.8 Pa at Df=1.7).A nonlinear increase in equilibrium gas volume fraction(fav=0.692 at Df=1.7)emerges from residual gas saturation and turbulence-enhanced dispersion.This behavior is further modulated by flow velocity,with fav peaking at 0.72 under capillary-dominated conditions(0.05 m/s),but decreasing to 0.65 in the inertial regime(0.5 m/s).The work quantitatively links fractal topology to multiphase flow regimes,demonstrating the critical role of Df in governing preferential pathways,energy dissipation,and phase distribution. 展开更多
关键词 Fractal porous media gas-liquid two-phase flow fractal dimension vortex evolution vof model displacement efficiency
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基于VOF-to-DPM的离心式喷嘴锥形液膜破碎雾化特性研究
18
作者 杨晓军 王嘉琦 邓甜 《中国民航大学学报》 2025年第4期67-73,共7页
为提高航空发动机燃烧效率和降低污染物排放,研究生物航空煤油雾化特性是重要环节之一。为同时获得离心式喷嘴锥形液膜破碎雾化的宏观场物理量分布和微观液滴参数,本文选取了一种能同时捕捉气液交界面和液滴粒子的模型,并在此基础上研... 为提高航空发动机燃烧效率和降低污染物排放,研究生物航空煤油雾化特性是重要环节之一。为同时获得离心式喷嘴锥形液膜破碎雾化的宏观场物理量分布和微观液滴参数,本文选取了一种能同时捕捉气液交界面和液滴粒子的模型,并在此基础上研究了生物航空煤油不同物性参数(密度、黏度、表面张力等)、供油压差和环境压力对生物航空煤油雾化质量的影响。研究表明:密度、黏度和表面张力会影响生物航空煤油破碎雾化的时间进程,密度越大得到的雾化液滴越大,黏度和表面张力的增加同样也会使得油雾液滴直径增大;供油压差的增大有利于雾化的宏观空间场发展,供油压差增大时喷雾贯穿长度显著增加,当供油压差到达一定数值时,喷雾贯穿长度增大速率不再有明显差异;环境压力对喷雾动力学有显著影响,环境压力的增大使得雾化场中液滴分布变少,导致雾化质量下降。 展开更多
关键词 离心式喷嘴 vof-to-DPM 锥形液膜 雾化 数值模拟
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三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用 被引量:80
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作者 李玲 陈永灿 李永红 《水力发电学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期83-87,共5页
详细介绍了VOF模型及其应用方法,结合k-ε紊流模型和分段线形方式构造界面的方法,数值求解了带自由水面的三维水流流动问题。以大型水工建筑物溢洪道内水流流动为例,计算了溢洪道内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表... 详细介绍了VOF模型及其应用方法,结合k-ε紊流模型和分段线形方式构造界面的方法,数值求解了带自由水面的三维水流流动问题。以大型水工建筑物溢洪道内水流流动为例,计算了溢洪道内水流流动特性,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明计算值与实测值相吻合,说明VOF模型能够精确地跟踪自由表面,适用于溢洪道等大型水工建筑物内的水流流动的数值模拟。 展开更多
关键词 水力学 自由表面 vof方法 溢洪道 数值模拟
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VOF方法理论与应用综述 被引量:133
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作者 张健 方杰 范波芹 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2005年第2期67-70,共4页
分析两相流中采用VOF方法模拟交界面运动变化的基本原理,概述近年来为提高VOF方法计算精度和自由面重构效果所做出的各种改进和在各个领域所取得的研究成果及应用前景.指出VOF方法如在基础理论上进行改进,则在多维流场的数值模拟上将会... 分析两相流中采用VOF方法模拟交界面运动变化的基本原理,概述近年来为提高VOF方法计算精度和自由面重构效果所做出的各种改进和在各个领域所取得的研究成果及应用前景.指出VOF方法如在基础理论上进行改进,则在多维流场的数值模拟上将会有更广阔的应用空间. 展开更多
关键词 两相流 vof方法 界面重构
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