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相界面追踪方法

/interface tracking method/
条目作者陈斌李会雄
条目作者陈斌

陈斌

李会雄

李会雄

最后更新 2022-12-23
浏览 140
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通过追踪相界面计算界面作用力的方法。

英文名称
interface tracking method
所属学科
工程热物理及动力工程

相界面追踪方法分为界面捕获和界面追踪。与气-固/液-固两相流不同,气-液/液-液两相流具有可变形的相界面,掌握相界面的分布特性是研究气-液/液-液两相流的关键。在确定了相界面的位置和形状之后,对气-液/液-液两相流的数值模拟就可以借鉴单相流体的处理方法进行。因此,气-液/液-液两相流的数值模拟很大程度上就是气-液/液-液相界面分布及其运动特性的模拟。由于相界面附近存在较大的流体速度梯度和压力梯度,流体密度、黏度等物性参数的阶跃突变,以及表面张力等因素,使得这类问题非常复杂。界面的捕获,特别是如何获得精细而锐利的高分辨率相界面一直是多相流数值模拟领域的一个难点,对此方面的研究和分析也日益受到强烈关注。

气-液/液-液两相流的相界面描述方法主要包括欧拉-拉格朗日格式的追踪方法和欧拉-欧拉格式的捕获方法。前者在欧拉网格上进行离散,网格中布置若干标记点或流体质点,通过对这些标记点或质点的拉格朗日追踪来获取自由面的变化信息,具体包括前沿追踪法、运动网格方法、边界积分方法等。界面追踪法能显式地追踪相界面,可以较方便地求解局部界面曲率,便于精确计算界面作用力(如表面张力),易于保持界面形状的尖锐和锋利。但是界面的重构过程非常复杂,不易处理气泡/液滴破裂或融合等界面拓扑结构发生变化的情形。

界面捕获方法主要包括流体体积方法、水平集方法等。这类方法是完全的欧拉方法,整体考虑流体的运动变化过程,依靠相含率大小、水平集函数等参数获取相界面信息,可以更好地保证各相流体和相界面的位置关系。在这类方法中,描述界面位置的函数用基于欧拉网格的守恒方程表示,并且与流场控制方程的求解相耦合,用同一套网格系统来描述流体的流动以及相界面的发展变化,避免了拉格朗日格式界面追踪的复杂计算以及由于粒子间位置的不确定性导致的误差,可以比较容易地处理复杂的物质界面以及界面拓扑结构发生变化的情形。

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