體積分數(shù)保持法——基于VOF方法中邊界線重構(gòu)的改進算法.pdf

1、自由面問題在工程實踐中大量存在，對自由面問題的研究具有十分重要的工程價值和學術(shù)意義，數(shù)值模擬是研究和解決實際工程問題主要的方法之一。由于自由面的特殊性質(zhì)，對自由面的處理在數(shù)值模擬中顯得尤為困難和重要。本文主要研究了VOF(VolumeofFluid)方法的自由面邊界線的重構(gòu)問題，提出了一種改進的算法一體積分數(shù)保持法，并用實例驗證了該方法的有效性和可靠性。本文首先對研究自由面流動的各種方法，特別是數(shù)值方法作了較全面的概括，并分析了它們各自

2、的優(yōu)缺點，接著對VOF方法的發(fā)展和應用作了較詳細的分析和介紹。 在學習和繼承已有的VOF方法基礎上，為了能精確跟蹤自由面的運動和模擬更復雜的自由面變形，本文對VOF方法在界面重構(gòu)方面進行了改進，發(fā)展了一種改進的自由面邊界線的重構(gòu)算法一體積分數(shù)保持法。在假設自由面的邊界線沿y方向(x為自變量，y為因變量)沒有間斷，而且一個網(wǎng)格中最多只存在一條可用直線段近似的邊界線情況下，在每一個自由面網(wǎng)格中用連續(xù)的直線段近似自由面的邊界線，利用某

3、邊界網(wǎng)格和其相鄰邊界網(wǎng)格的流體體積函數(shù)F值及近似邊界線與網(wǎng)格線的交點坐標列出對應于每個邊界網(wǎng)格的體積函數(shù)守恒方程，通過求解這些方程即可準確構(gòu)造出邊界線的具體位置和形狀。這種算法原理簡單易懂，在計算中更容易實現(xiàn)，從而增強了VOF方法處理復雜自由面變形的能力，使VOF方法能更加精確地捕捉到自由面的運動。 通過算例對本文方法和其它幾種常用的VOF界面重構(gòu)方法進行了對比，計算結(jié)果表明：體積分數(shù)保持法具有較高精度優(yōu)勢，能更好地保持流體的界