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

1、自由面問(wèn)題在工程實(shí)踐中大量存在，對(duì)自由面問(wèn)題的研究具有十分重要的工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義，數(shù)值模擬是研究和解決實(shí)際工程問(wèn)題主要的方法之一。由于自由面的特殊性質(zhì)，對(duì)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(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的算法一體積分?jǐn)?shù)保持法，并用實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和可靠性。本文首先對(duì)研究自由面流動(dòng)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(diǎn)，接著對(duì)VOF方法的發(fā)展和應(yīng)用作了較詳細(xì)的分析和介紹。 在學(xué)習(xí)和繼承已有的VOF方法基礎(chǔ)上，為了能精確跟蹤自由面的運(yùn)動(dòng)和模擬更復(fù)雜的自由面變形，本文對(duì)VOF方法在界面重構(gòu)方面進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展了一種改進(jìn)的自由面邊界線的重構(gòu)算法一體積分?jǐn)?shù)保持法。在假設(shè)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(gè)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(gè)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(diǎn)坐標(biāo)列出對(duì)應(yīng)于每個(gè)邊界網(wǎng)格的體積函數(shù)守恒方程，通過(guò)求解這些方程即可準(zhǔn)確構(gòu)造出邊界線的具體位置和形狀。這種算法原理簡(jiǎn)單易懂，在計(jì)算中更容易實(shí)現(xiàn)，從而增強(qiáng)了VOF方法處理復(fù)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(yùn)動(dòng)。 通過(guò)算例對(duì)本文方法和其它幾種常用的VOF界面重構(gòu)方法進(jìn)行了對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明：體積分?jǐn)?shù)保持法具有較高精度優(yōu)勢(shì)，能更好地保持流體的界