Fluent翻译更新：VOF模型理论详解

VOF 模型理论的深入分析与先进应用


18.3. VOF模型理论的深度探讨


18.3.1. VOF模型概述




在模拟两种或多种不互溶流体的交互作用或液气界面的动态变化时，VOF(Volume Fraction OrderUp)模型显示了其强大的计算能力与准确性。通过解动量方程并跟踪流体的体积分数分布，该模型在湍流仿真、液滴破碎、液体中气泡运动、溃坝洪水的流动现象以及渗透现象的跟踪方面有着广泛的应用。

18.3.2. VOF模型限制条件


ANSYS Fluent中的VOF模型面临以下一些关键限制：


求解器选择：必须使用压力为基础的求解器，而不是基于密度的求解器。

控制体的元素：所有控制体中必须填充单一流体相的组合，禁止流化空间的空白区域存在，意味着实体流体区域内不允许有空隙。

气相定义：可以定义一种相为可压缩的理想气体，但使用用户自定义函数（UDF）时，压缩液体的限制放宽。

流线型周期流动：在使用VOF模型时，不支持流线型周期流动（Streamwise periodic flow），详细说明可参考相关文献。

时间步进公式兼容性：二阶隐式时间步进公式与VOF模型的显式格式之间存在不兼容性。

多体微粒模型的顺序：在结合使用DPM（Discrete Particle Model）与VOF模型跟踪颗粒时，只能选择不兼容共享内存方法（Shared Memory）的选项，参阅16章关于离散相模型的并行处理的详细说明。

非预混、部分预混和预混燃烧模型：VOF模型不适用于多相流涉及的非预混、部分预混与预混燃烧模型。

多面体网格限制：耦合的VOF水平集模型在多面体网格中不可用。

燃烧模型兼容性：VOF模型不能与燃烧模型中的非预混、部分预混和预混燃烧模型协同工作。

18.3.3. 稳态与瞬态VOF计算

ANSYS Fluent的VOF模型主要用于解决瞬态流动问题。然而，在特定情况下可以通过稳态计算处理问题，如在受到流体流结构显著影响（如处于旋转水杯中的自由表面形状变化）的问题中必须使用时间相关的求解器。对于典型的条状流动问题，用稳态方法可以高效地处理只有一个气候区域并且有一个明确提供流入口的应用场景。例如，考虑水流在通道中存在的问题，其中顶部封闭且存在独立的供气口，稳态方法可以有效地建模此类动态变化。

18.3.4. VOF方法和体积分数概念

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