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FAQ-SC-15004自由表面模型有VOF方法以及MARS方法,怎样选择模型
发布时间: 2015-06-10    点击量: 593



问题概要


自由表面模型有VOF方法以及MARS方法,怎样选择模型?


具体说明


1. 气相与液相有无相互作用

如果气相与液相有相互作用,此作用不可忽略时,需要考虑考虑 2 相流 的 MARS 方法(2 流体).

VOF 方法与 1 流体 MARS 方法,不考虑气体计算域,即只考虑液体计算域, 气体计算域不影响自由表面. 如下图所示,有一定水位的容器底部有气体喷出口,这种计算不可忽略 液体与气体的相互作用.这种计算只有 2 流体 MARS 方法才能计算.



2. 坐标系

圆柱坐标系只能采用 VOF 方法.

MARS 方法不支持圆柱坐标.

如下圆柱坐标系下的(Slothing)摇动计算,只能采用 VOF 方法.



3. 液体的粘性

MARS 方法基于默认的压力求解法(2step Projection 方法)时,当液体

粘性较大时,需要设置非常小的时间步长(如 Courant number0.01 或更

小),因此需要大量的时间.

从 STREAM V8 增加了 SIMPLER 方法,可适当增加时间步长(如 Courant

number0.1),也能够得到收敛解.

当计算非牛顿流体时也可以采用 2 流体 MARS 方法,但是由于受到气液

界面的速度梯度影响,导致粘性系数比时间偏高倾向,因此建议采用双

精度.

注:MARS 法(2step Projection 方法)推荐时间步长:

dt<(网格尺寸^2x 密度/粘性系数),或者(参考速度〉粘性系数/(密

度*网格尺寸))

4. 产生液滴(散落)问题

VOF 方法基本求解具有连续自由表面的流体. 当流体碰到壁面,产生许多液滴时,VOF 方法不适用.

同时 VOF 方法和 1 流体 MARS 方法因不考虑气体空间,散落到气体空间 的单液滴,无法继续求解.

此类问题需采用 MARS(2 流体)方法. 如左下图所示问题可以用 VOF 方法或者 MARS 方法.

而右下图所示问题液体与壁面碰撞,并出现大量液滴,不能用 VOF 方法, 只能用 MARS(2 流体)方法.



5. 气体计算域出现高速流

MARS(2 流体)方法,虽然计算气体计算域,但气体计算域采用不可压缩 流动,且速度场只求解一个,因此由于液体的流动,当流路变窄时,容易 产生气体高速流,因此此类问题如果时间步长稍大,或者 Courant Number 过大,都容易导致计算发散. 此外,对于小尺度计算,指定压力边界条件的进出口,也会容易发生高 速流.

因此此类问题建议采用 1 流体 MARS 方法或者 VOF 方法.


适用版本


STREAMV11