VOF|04模型求解方法

导读介绍VOF模型的求解方法

求解方法Solution Methods

• 压力-速度耦合
• 推荐使用SIMPLEC或者PISO
• 在需要求解稳态解的情况下，耦合方案和伪瞬态时间步长将提供更快的结果。
• 压力离散化
• 推荐使用PRESTO或MBFW（Modified Body Force Weighted）
• PRESTO可以获得较好的鲁棒性
• MBFW方案具有很好的收敛性，也适用于高旋转和高粘性流。
• 体积分数离散化
• Compressive方案或Geo reconstruct方案被广泛使用，因为它们能提供更清晰的界面追踪
• Geo reconstruct方案的精度更高，而Compressive求解速度更快，且精度几乎相同

VOF稳定性控制

• 复杂的VOF计算可能会受到不稳定性的困扰
• 不稳定性可能由以下原因引起：设置不当、时间步长过大、高阶振荡、收敛性不佳、网格质量差、插值量不满足连续性等网格划分情况。
• 控制稳定性的方法有两种：
• Velocity Limiting
• Stabilization Methods

• Velocity Limiting Treatment
• 速度异常尖峰可能由局部性质的解不稳定引起，这些不稳定在迭代过程中会逐渐消退，但仍可能导致突然发散。通过限制这些非物理的速度尖峰，速度限制处理可提高解的稳定性
• 在参数组框中，可以调整最大速度幅值，这个限制大致可以取为系统整体速度的2-3倍。
• 如果希望consol可以提示应用限制的单元格数量，可以激活Verbosity。
• Stabilization Methods
• 当选择Custom时，可以启用混合压缩方案，该方案应用以下设置：•Sharp/Dispersed界面建模类型•Compressive体积分数空间离散化•Slope limiter= 1.5
• 可以启用Settings Optimization、Advanced Stabilization和d Additional Stability Controls
• Settings Optimization：会根据物理类型的类型自动对案例设置进行基本优化调整，从而提高稳定性
• Advanced Stabilization：对求解稳定性很重要的高级数值方法和处理。可以将此选项作为第一步来改进求解稳定性，而不会显著影响其准确性
• Additional Stabilization Controls：此方法包含控制项，通过在空间和时间上添加扩散来改善激进设置下的VOF稳定性。可以将此选项用作溶液稳定的第二步

时间步长

• 时间步长的指定方式有两种：
• Fixed：在整个模拟过程中保持时间步长不变
• 需要指定时间步长的大小和时间步长的数量，总时间是这两个的乘积
• Adaptive：求解器在计算过程中自动修改时间步长的大小。Multiphase-Specific-时间步长根据全局库朗数进行修改

• 库朗数
• 表示流体分子在一个时间步内所经过的网格数量
• 对于瞬时时间解的精确性，建议使用默认值2
• 对于时间平均time-averaged的解，可以使用更高的值，但不能大于5
• 如果使用隐式方案，则对于瞬时时间解，可以将全局通量数设置为2（推荐值），并采用一阶时间公式；也可以将其设置为更高值（最高可达5），并采用二阶时间公式。
• 对于隐式时间平均解，可以使用更高的值（最高可达20)。
• Maximum Iterations/Time Step
• 默认情况下，该值为20
• 良好的、稳健的模拟通常会在每个时间步长内收敛10-15次。
• 如果模拟在每个时间步长20次迭代中未收敛，则不要更改该值。可以改为减小时间步长或库朗数
• Minimum 和 Maximum Time Step Size
• 求解器会在指定的最小和最大时间步长范围内调整时间步长，以满足设定的库朗数要求。通常情况下，模拟中出现的弦波瞬态效应会使时间步长的选择偏向下限。如果未正确选择这些限制值，求解器可能无法在域内维持规定的库朗数
• 最小时间步长的默认值为1e-05，最大时间步长的默认值为1e-02。
• 如果不知道选择正确的步长时间，可以选择Adaptive”选项去指定一些最小和最大步长时间，求解器将根据发生的情况自动调整您的步长时间。