[讨论]vof法的自由边界条件问题

Frank

<FONT size=3>用vof法模拟自由表面，但在处理空气和水的自由表面边界条件是遇到这样的问题：自由边界条件p=0是施加在区域的外边界上，还是施加在自由表面上。<BR>另外，计算区域的左边界为波浪入口边界，在波浪入口边界的上方的左边界怎么设置。是不是也设置为自由边界条件p=0。<BR></FONT><BR>

MVH

<FONT face=宋体>　　VOF法（Volume of Fluid Method) 是由Hirt 和Nichols等<SUP>［15～18］</SUP> 提出的另一种模拟带自由液面流体运动的方法。其基本思想来源于MAC法，但引入了流体体积分数F的概念。定义函数F=F(x,y,z,t)表示计算区域内流体体积占计算区域体积的相对比率。对于某个计算单元，F=1表示单元流体被流体所充满；F=0表示它是一个空单元；F介于0～1之间，表示该单元被流体部分地充满，这又有两种可能情况：要么自由边界存在于该单元中，要么在该单元中存在小于该单元体积的空隙或气泡。F的梯度可用来决定自由边界的法线方向，得出各计算单元的值及其梯度之后，就可在各单元中确定自由边界的近似位置。</FONT>

Frank

你提到的Hirt 和Nichols的文章是哪几篇？

cora

VOF方法于1975年由Hirt和Nichols提出，是一种处理复杂自由表面的有效方法。该方法的基本思想是：定义函数a 和 b分别代表计算区域内水和气占计算区域的体积分数（体积的相对比例）。在每个单元中，水和气的体积分数之和为1，即：<BR>      a + b=1     <BR>对于某个计算单元而言，存在下面三种情况：<BR>      a =1     表示该单元完全被水充满；<BR>      a=0     表示该单元完全被气充满；<BR>    0＜ a＜1   表示该单元部分是水，部分是气，有水气交界面<BR>显然，自由表面问题属于第三种情况。水的体积分数 的梯度可以用来确定自由边界的法线方向。计算出各单元的 数值及其梯度之后，就可以确定各单元中自由边界的近似位置。<BR>与前面两种确定自由表面的方法相比较，VOF法的优点在于：只用一个函数就可以描述自由表面的各种复杂变化，该方法既具有MAC法的优点，又克服了MAC法所用计算内存多和计算时间较长的缺点，同时也克服了标高函数法无法处理自由表面是坐标多值函数的缺点。因而，VOF方法是目前计算流体力学中模拟自由表面水流问题较理想的方法，已经引起了越来越多计算流体研究人员的重视,近年来有快速发展的趋势。

DUT

压力边界条件直接施加到自由表面上有困难，可采用替代方法：时间到距离最近与自由表面的节点上<BR><BR>入射端角点的压力边界条件不好处理，可采用平均化的方法。这个需要不断试验，没有什么成型的方法。

glise

小声问一下时间到距离最近与自由表面的节点上是什么意思？

jeffjuju

如果采用两种流体均列流体方程求解，就没有这种边界的问题了，很简单的。<BR>ps:距离最近与自由表面的节点不就是你定义的那个单元中p的位置与自由表面的距离最小点么？<BR>因为有时候你可能用的是交错网格，所以不能直接说单元，要说节点。

kkkttt

能详细介绍一下你说的两种流体均列流体方程这种方法吗？或者又没有什么资料？

jeffjuju

angle,我前几天回复你了，不过不知道为什么找不到回复的文章了，是不是系统还原？还是版主删除？<BR>一般对于运动界面的模拟，大部分都是采用两种流体都列方程的方法，将密度用c来表示，你可以找找Rudman的文章或者Kothe,Rider等人的文章，他们都是这方面的大牛。

kkkttt

非常感谢jeffjuju的解释，我再仔细看看相关资料

kkkttt

应该不是删除掉的，系统最近也没有还原，可能是没法上来

jeffjuju

皑皑，是我太笨了，不太会用这个论坛，上传一份详细讲述应该怎么实现这个过程的文章把，从方程到离散到结果，因为是我最近一直在研究的文章，所以我在上面画了些东西，呵呵，还好不影响阅读。

zhjberry

谢谢各位，看了你们的讨论，得益甚多。

meteorc

<P>那自由表面的流速边界如何处理？</P>

frogfish

找了很多自由表面条件方面的资料，一般情况都是根据实际物理环境，采用经验公式比较多。