VOF 准则

网格化注意事项

使用以下网格化准则（如果适用）：

• 充分设置网格精细度，以求解所有相关几何和所有重要的流体特征。
• 局部加密网格，以求解流体分离和脱离的涡流。
• 使用切割体网格单元的网格并将其与自由表面对齐，或者使用多面体网格单元并检查结果，以确保对自由表面进行正确求解。
• 设置网格尺寸，以满足壁面处理模型的任何要求。

要估算近壁网格单元所需的尺寸，按如下方式计算 y+ 的值：

其中， 为离壁面的距离， 为流体速度， 为参考速度：$y$$v$ $u^{*}$

其中， 为流体密度， 为壁面剪切应力。$\rho$${\tau }_w$${\tau }_w$ 与表面摩擦系数 相关：${\overline{C}}_f$

其中， 为自由流速度。$U_{\infty }$

物理模型

在选择物理模型时，使用以下准则（如果适用）：

• 切记要选择重力模型。
• 切记，空化和表面张力模型都适用 VOF。
• 为系统中的流体定义欧拉相。
• 对于内部流，使用 K-Epsilon 模型。
• 对于极少分离或不分离的外部流，使用 Spalart-Allmaras 模型，或者使用 K-Omega 模型作为第二选择。
• 对于分离更严重的外部流，使用 K-Omega 模型。
• 对于具有各向异性湍流的流，使用雷诺应力传输模型。
• 如果全 y+ 壁面处理与选定模型兼容，则使用全 y+ 壁面处理。
• 以下情况可使用界面动量耗散模型：
  • 低速流，以表面张力为主。
  • 气相时在自由表面附近具有不切实际的高速度的波模型。
• 将参考密度设为零或最轻相的密度。请参见可变密度流。

分析控制

使用以下分析准则（如果适用）：

• 在单精度结果不尽如人意时，或在相间密度差值较大时，使用双精度。
• 使用关键变量设置停止条件，而不是使用具体的迭代次数。
• 在大多数情况下，即使最终求解必须为稳态，仍会按照瞬态执行分析。
• 对于稳态求解，将库朗数下限和上限 CFL_l 和 CFL_u 设为较大值，例如，CFL_l = 50，CFL_u = 100。

  这种做法可以确保在自由表面始终使用 HRIC 格式。

  请参见流体体积 (VOF) 属性。

• 使用默认的二阶空间差分格式，除非网格质量较差或其他原因需要使用精度较低但更稳定的一阶离散。
• 如果要进行稳态或弱瞬态求解，则使用默认的一阶时间差分格式。如果必须模拟精确的波传播或类似现象，则使用二阶格式。
• 要估算时间步，需监视自由表面的库朗数。进行一阶时间离散时，将小于 0.7 的库朗数设为目标。进行二阶时间离散时，将小于 0.5 的库朗数设为目标。这些目标适用于自由表面区域中的任何网格单元面：

  $C=\frac{U\mathrm{\Delta }t}{\mathrm{\Delta }x}<0.7$ （一阶）或 （第二阶）$<0.5$

  (319)

  其中， 为特征速度，定义如下：$U$

  • 对于非海军应用， 为波的组速度：$U$
    $$U=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{g\lambda }{2\pi }}$$

    其中， 是波长。$\lambda$

  • 对于海军应用，请参见 VOF 波准则。

收敛

要提升收敛，可以使用以下准则（如果适用）：

• 对于多组分相，应始终指定每个相的质量分数或摩尔分数的初始值，包括开始时为空的任何相（即，相的初始体积分数为 0.0）。对于开始时为空的相，建议将初始质量分数设为相在进入求解域时所具有的质量分数值。
• 在海军应用中，留出充足时间以供流穿过 5-10 个浮体长度。
• 在瞬态情况下，确保求解在每个时间步收敛到合理容差。
• 监视相关整体物理量，例如阻力、升力、下沉度和平舱。在稳态模拟中，这些物理量在收敛时可以收敛为常数值。
• 正常情况下，不需要对自由表面使用锐化因子；HRIC 对流离散格式会自行生成清晰的交界面（通常在一个网格单元内）。仅当交界面因为壁面飞溅或波翻转（例如在剧烈晃动时）而弥散时，才使用锐化因子。在网格精细到足以求解自由表面的所有特征长度尺度时，交界面发生弥散。例如，当由于飞溅而产生小液滴时，或当时间步过大且模拟无法正确求解自由表面的运动时，交界面发生弥散。在这种情况下，锐化因子的典型值为 0.2 左右。提高锐化因子会增加保持体积守恒所需的运行时间。