体积分数重新初始化

体积分数重新初始化模型支持通过锐化或扩散交界面来动态修改自由表面。这样可以改进建模并减少计算成本。

在某些 VOF 模拟中，时间步过大、网格单元小或收敛求解不佳会导致局部 CFL 数量较大，从而导致可能出现交界面扩散。有时，过度扩散可能是常规网格重构的结果，也可能是更改网格分辨率造成的。要解决这些问题，可以使用体积分数重新初始化模型来加速恢复锐化交界面。

Simcenter STAR-CCM+ 中的体积分数重新初始化方法基于 [601] 中所述的方法，该方法旨在保持对流传输过程中相场函数的平滑分布和过渡宽度。相关步骤的特点是将非线性对流扩散方程求解为稳态。给定初始（潜在扩散）体积分数场 α o 和交界面法矢 n 0 → = ∇ α 0 | | ∇ α 0 | | ，以下方程在伪时间 τ 内求解为稳态：

图 1. EQUATION_DISPLAY
∂ t α + ∇ ⋅ ( α ( 1 - α ) n 0 → ) = ∇ ⋅ ( ϵ ∇ α )
(2620)

Eqn. (2620) 左侧第二项表示沿指定交界面法向 n 0 → （在整个过程中保持恒定）的体积分数场的压缩。Eqn. (2620) 右侧的项表示与用户自定义参数 ϵ 成比例的各向同性扩散。

在稳态中，这些贡献平衡，求解呈现与 ϵ 成比例的宽度边界层，其中发生了体积分数从 0 到 1 的过渡。对于相对于网格尺寸收敛的方法， ϵ 应与网格尺寸 h（的幂）成比例，给定如下：
图 2. EQUATION_DISPLAY
ϵ = ϵ x = w ( x ) h 2
(2621)

其中 w ( x ) 是体积分数场的目标交界面宽度函数。对于 w ( x ) = 0 ，压缩通量和扩散通量都禁用，因此停用重新初始化过程（局部）。

Eqn. (2620) 的解会保留给定相的体积，直至求解器容差。

如果相密度恒定，相体积守恒意味着质量守恒。混合物密度和焓已更新，以考虑体积分数的重新分布。对于可变密度，体积的保守重新分布不足以满足质量守恒。因此，该方法不会使动量和能量守恒，这会造成较小的一致性误差。因此，每个重新初始化步骤都会引入一个较小的守恒误差，该误差与重新初始化的交界面成比例。