设置自由表面网格细化

自由表面网格细化是为 VOF 多相流模拟设计的自适应网格细化 (AMR) 准则。自适应网格细化根据指定的准则对体网格中的网格单元进行细化或粗糙化,这意味着只能在模拟所需区域中使用精细网格。求解物理量将自动插值到适应网格中。

在 VOF 多相流模拟中,可以使用 AMR 来提高相之间交界面的分辨率。自由表面网格细化准则可标识交界面附近的网格单元,并相应地细化网格。当交界面在模拟过程中发展和移动时,AMR 会不断地重新生成网格,以确保有效地求解和追踪交界面。

在 VOF 模拟中使用的 HRIC 方案要求将 CFL 数保持在 0.5 以下,以保留液相之间的锐化交界面。有关详细信息,请参见高分辨率交界面捕捉 (HRIC)

要使 CFL 数保持在 0.5 以下,必须指定一个足够小的时间步。或者,可以使用自适应时间步模型

自由表面网格细化准则不适用于稳态 VOF 案例,因此只能选择用于非稳态案例。

要设置自由表面网格细化:

  1. [物理连续体] 中,从可选模型组合框中选择自适应网格模型。
  2. 右键单击自适应网格 > 自适应网格准则节点,然后选择新建 > 自由表面网格细化

    此准则适用于对 VOF 相之间的交界面建模的非稳态模拟。用户自定义网格自适应准则也适用于 VOF 模拟。在 VOF 多相流模拟中,可以使用其中一个或同时使用这两个准则。

    有关可用自适应网格准则的详细信息,请参见自适应网格细化

  3. 选择自适应网格节点,然后设置相应属性。

    重要属性为:

    • 转换宽度

      指定不同细化等级之间的任何转换区域的宽度。此值是细化等级 N 的网格单元数,等级 N 的网格单元分隔等级 N+1 的网格单元与等级 N-1 的网格单元。

      AMR 算法尝试避免在网格单元之间发生较大的体积变化,因此两个相邻网格单元的细化等级不能相差超过一个。

    • 限制网格单元尺寸

      激活时,可以指定最小网格单元尺寸(最小自适应网格单元尺寸)。

      在网格细化过程中,将每个子网格单元的预测尺寸与此值进行比较。如果子网格单元尺寸低于指定的限制,则不会细化网格单元。

    有关这些信息以及其他全局自适应网格模型属性的详细信息,请参见自适应网格属性

  4. 选择自适应网格 > 自适应网格准则 > 自由表面网格细化节点,然后设置相应属性。

    一个重要属性为最高细化等级。此值指定网格单元可通过自由表面网格细化准则进行细化的最大次数。

    应结合初始网格选择细化等级。选择足以解析相关特征的最低值。如果初始网格相对较精细,则不要为此属性指定较高的值,不然网格单元计数会快速增长到不切实际的数字。建议从默认值 2 开始,如有必要可逐渐增高等级直至获得合理结果。

    有关此属性和其他属性的详细信息,请参见自由表面网格细化属性

为确保相间锐化交界面得以保持,自由表面网格细化准则可避免细化已包含交界面的网格单元。但是,当其他模型驱动或用户自定义准则应用于细化时,这些细化请求具有最高优先级。此外,当交界面开始显示需要解析的小尺度特征时,可能需要细化交界面网格单元。默认情况下,Simcenter STAR-CCM+ 使用简单喷射方案(零阶插值)将体积分数场从粗糙网格单元映射到精细网格单元。但是,当交界面网格单元细化后,此插值策略可能会模糊多个网格单元的交界面。对于因默认喷射方案而显示大量模糊的应用场景,可以应用基于交界面重构的插值策略。此策略在细化网格上保持锐化交界面,但计算成本高于默认策略。此外,锐化插值策略要求在粗糙网格上对交界面进行良好解析。

应用锐化插值策略:

  1. 选择模型 > 流体体积 (VOF) > 自适应网格插值节点并将选项设为锐化重构
    有关此属性的详细信息,请参见自由表面网格细化

默认情况下,每五个非稳态流时间步会触发网格细化。可以修改此频率以满足模拟要求。网格细化越频繁则意味着在每个 AMR 事件中细化的网格单元越少,但 AMR 计算开销会更为显著。最佳 AMR 周期取决于应用情况。默认设置为 5 个时间步,适用于大多数情况。

如果模拟使用自适应时间步,事先不知道时间步,则很难预测最合适的更新频率。保守起见,应每隔一个或两个时间步更新一次网格。

  1. 选择求解器 > 自适应网格 > 触发节点,然后将触发模式设为以下某个选项:
    • 时间步

      每 n 个时间步触发网格细化。

    • 时间差

      当模拟时间按指定量推进时,会触发网格细化。

    自由表面网格细化不支持迭代更新事件触发器。迭代准则仅适用于稳态模拟。由于网格细化基于在触发 AMR 时对自由表面位置的预测,因此无法使用更新事件准则。对于更新事件触发器,此时间点未知,因此不可能进行此类预测。
  2. 选择相应子节点,然后设置触发器属性:
    • 时间步频率

      设置频率(网格细化间的时间步数)。如果将此值设为 0,则不会自动触发网格细化。可以使用自适应网格求解器上的细化/粗糙化网格一次右键菜单选项手动执行 AMR。

      要忽略前几个时间步,则设置适当的开始值。要在特定的时间步数之后结束网格细化,则激活启用停止,然后设置适当的停止值。

    • 时间差频率

      当模拟时间按在时间差属性中指定的量推进时触发网格细化。

      设置适当的开始时间时间差。要在特定时间结束网格细化,则激活启用停止,然后设置适当的停止时间

    有关求解器属性和右键菜单选项的详细信息,请参见自适应网格求解器参考

默认情况下,在所有区域上已启用 AMR。如有必要,可以在特定区域上禁用网格细化。

  1. 要在区域上停用 AMR,选择区域 > [区域] > 物理条件 > 自适应操作节点,然后停用启用自适应