VOF模型介绍
VOF模型介绍
2数值计算模型和方法2.1基本理论实验测量、理论分析和数值模拟丄研究流体常用的三种方法。
三种方法都有各自的优缺点。
实验测量的结果具有直观性和正确性；理论研究具有普遍性，能够为其他的研究方法提供理论支持；而数值模拟是最先进的不受设备条件要求的研究方法。
目前数值模拟的方法因其方便且受限制小而被大家广泛应用，但是数值结果也需要与实验数据进行对比，通过实验来验证模型的正确可行性。
正确的模拟方法可以为我们研究的对象提供实验所观察不到的有价值的研究和预测。
三种方法在研究中是相辅相成的。
目前数值计算的研究方法已经有了长足的发展，得到了广泛的应用。
此种方法将需要研究的问题在虚拟的环境中进行计算，排除了时间、空间等各种因素的限制，我们可以对不同参数和工况进行取值，得到以下在实验中无法观察得到的数据，因此具有实验无法达到的优越性。
在模拟计算中，只要建立合理的数学模型和物理模型，就能借助计算机就可以得到理想的结果。
对于流体换热或流动问题，都可以采用 CFD方法解决，CFD方法计算过程如下：（1）选择合理的数学模型来描述简化之后的实际问题，只有建立其合理的数学模型，才能对问题进行分析。
（2）选择合理的计算方法，建立描述数学模型的方程，选择合理的方法对计算区域进行合理的处理。
同时选择合理的求解方法、设置边界条件、微分方程的离散化方法以及坐标系的建立等等也是至关重要的。
直接关系着结果的正确与否。
（3）利用Gambit、ICEM等软件对计算区域进行网格划分。
在FLUENT^对区域进行定义和参数的设定，这是模型改变最多的部分，也是CFD 中最重要的部分。
（4）得到计算结果。
可以利用FLUEN咱带的后处理软件对数据进行处理，结果可以通过图表或者散点图等形式表现出来，通过给出的结果分析各项参数的变化情况。
2.2VOF 模型(Volume of Flue nt Model )VOF F 莫型，是建立在固定的欧拉网格下的表面跟踪办法。
VOF模型介绍范文
VOF模型介绍范文VOF模型是一种常用的多相流模型，被广泛应用于液体-气体、液体-液体、气体-气体等不同相态的流动问题中。
VOF即Volume of Fluid，它的基本思想是将流体域划分为不同相态的子域，并通过追踪相界面的形态和运动来求解多相流问题。
本文将从VOF模型的基本原理、应用领域和计算方法等方面进行介绍。
VOF模型的基本原理是根据质量守恒和动量守恒方程来描述不同相态流体在空间中的运动行为。
VOF模型假设每个空间单元内的流体是同质的，而不同相朝向流体界面两侧的流体则由相标量α表示，α的取值范围为0到1，表示空间中的各相体积分数。
当α等于0时，表示该空间单元内为相A，当α等于1时，表示该空间单元内为相B。
由于VOF模型的基本思想是追踪不同相的界面，因此，VOF模型的一个重要参数是与相界面相关的法向参数β，β也是一个0到1的取值范围内的标量，当β等于0时，表示该空间单元内流体界面与x方向平行，当β等于1时，表示该空间单元内流体界面与y方向平行。
VOF模型在很多领域都有广泛的应用，比如说工业流体，包括湍流下的液体-气体、液体-液体等多相流动的现象。
同时，在船舶、航空和汽车工程等领域，VOF模型也被用来研究空气和水之间的作用，比如涉水航行时的舷侧力和阻力、汽车行驶时水流对车辆表面的影响等。
此外，VOF模型在生物医学工程中也具有重要的应用，比如研究血液流动中的血小板聚集和血流动力学参数的变化等。
VOF模型的计算方法有很多种，常见的有VOS（Volume of Solid）算法、LSQ（Least Square）算法和ISO（Isosurface Reconstruction）算法等。
VOS算法是一种基于阶跃函数的VOF算法，它通过插值法将相标量α由离散点推广到连续域，然后利用插值得到的α值来计算质量和弹性力。
LSQ算法使用最小二乘法来确定流体界面的位置，通过最小化残差平方和来拟合流体界面的位置，从而得到相间表面的准确位置。
vof模型蒸发冷凝系数
VOF模型中的蒸发冷凝系数不是固定的，它可以根据不同的物理条件和系统参数进行变化。
在VOF模型中，蒸发冷凝系数通常是通过实验或数值模拟来确定的。
为了获得准确的蒸发冷凝系数，需要进行实验或数值模拟，以了解系统中的物理过程和相互影响。
实验方面，可以通过测量不同条件下的蒸发冷凝速率来确定相应的蒸发冷凝系数。
数值模拟方面，可以通过建立数学模型，并使用数值方法求解方程来预测蒸发冷凝系数。
总之，VOF模型中的蒸发冷凝系数需要根据具体情况进行实验或数值模拟来确定。
vof方法基本原理
vof方法基本原理：VOF方法，全称为流体体积法 （Volume of Fluid Method），是一种用于模拟和分析流体动力学问题的数值计算方法。
它的基本原理是通过研究网格单元中流体和网格体积比函数f 来确定自由面，并追踪流体的变化。
这种方法不是追踪自由液面上质点的运动，而是基于流体体积分数的概念来模拟流体的行为。
在VOF模型中，计算区域被离散化为一系列小的网格单元，每个单元内部都有一个体积分数（Volume Fraction），用于表示流体在该单元中的占据比例。
体积分数f的值等于一个单元内流体体积与该网格单元体积之比。
根据体积分数f 的值，可以判断该单元的状态：1.若f=1，表示该单元完全被指定相流体所占据。
2.若f=0，表示该单元内没有指定相流体。
3.当0<f<1时，表示该单元内存在自由界面，也就是说单元内部同时包含两种或多种流体。
这些单元被称为交界面单元，是VOF方法关注的重点。
通过计算每个单元的体积分数，VOF方法可以获得整个流域内的流体分布情况。
在交界面处，这些小单元的体积分数会发生变化，以模拟交界面的运动和变形。
因此，VOF方法能够处理自由面重入等强非线性现象，并且所需计算时间短、存储量少。
在VOF模型中，还需要考虑流体的质量守恒和动量守恒，以保证模拟的准确性。
例如，在交界面处，两种流体之间的质量和动量应该是守恒的。
因此，VOF模型中会通过一些物理模型和数学方法来计算交界面处的质量和动量的变化，以确保模拟结果的守恒性。
总之，VOF方法通过追踪流体体积分数的变化来模拟和分析流体动力学问题，具有处理复杂自由面问题的能力，并且计算效率高。
vof多相流模型动量方程
vof多相流模型动量方程
多相流模型动量方程是描述多相流体运动行为的重要方程之一。
在多相流体中，不同相的运动状态会相互影响，因此需要建立动量
方程来描述各相的运动特性。
多相流体的动量方程可以通过对各相的运动方程进行整合得到。
一般而言，多相流模型的动量方程可以分为两个部分，连续相的动
量方程和离散相的动量方程。
连续相的动量方程通常采用Navier-Stokes方程进行描述，考
虑了连续相的密度、速度、压力和粘性等因素。
这些方程可以描述
流体在连续相中的运动状态，包括流体的加速度、流动速度和压力
分布等。
离散相的动量方程则描述了离散相（如颗粒、气泡等）在多相
流体中的运动特性。
这些方程通常考虑了离散相的质量、速度、形
状和相互作用等因素。
离散相的动量方程可以通过欧拉-拉格朗日方
法或者欧拉-欧拉方法进行描述，以考虑离散相与连续相之间的相互
作用。
在实际工程中，多相流模型的动量方程通常会考虑到各种复杂因素，如相变、表面张力、湍流效应等。
因此，针对不同的多相流体系统，动量方程的具体形式会有所不同。
总的来说，多相流模型的动量方程是描述多相流体运动行为的重要工具，可以帮助工程师和研究人员理解和预测多相流体系统的运动特性，对于工程领域的多相流体流动、传热、传质等问题具有重要的理论和应用价值。
分配器多相流仿真欧拉模型和VOF(转载)
分配器多相流仿真——欧拉模型和VOF液风2016年9月22日1187一、前言某公司管路的流量分配系统，出现分配不均情况。
经分析，当两相流体以一定的气液比稳定运行时，突然增加一股液体(提高气液比)时，管路分配发生变化并影响之后的分配。
原方案出现分配不均情况，因此需要通过仿真的手段改善分配。
涉及到委托公司机密，下面只以原方案进行分析。
并分别对两相流中VOF模型和欧拉模型进行区别。
先看下效果图二、模型和网格模型见下左图，部分网格见下右图。
三、输入条件入口速度为1.29m/s；出口为pressure-outlet，气是第一相，液气体积比为0.072 四、求解4.1 欧拉模型首先采用欧拉模型进行求解。
先计算19000步(晚上计算的)，再将修改液气比为0.18(表示突然涌进一团液体)，再计算了3000步。
发现：气态能够较快收敛，液态需要计算一段时间后质量才能守恒(这个案例是600步左右)。
见下面的残差图和收敛图。
以及report中的进出口误差计算。
最后这张是说明欧拉方程在运行一段时间后质量收敛的示意图。
质量偏差是e-6级别。
4.2 VOF模型接下来是VOF模型。
一开始是瞬态计算，按照前面输入条件计算了3000步，再修改液气比计算，继续瞬态计算了3300步，发现出口流量未变化。
于是改为问题，之后质量才守恒。
五、小结因此在采用欧拉或者VOF仿真的时候，需要认真了解他们的原理和使用范围，并且时刻了解各方程的收敛情况。
如，关于VOF的适用范围：某网站对VOF的讨论/html/201511/9632177.htmlVOF模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟两种或三种不能混合的流体。
典型的应用包括预测射流破碎、流体中大泡的运动、决堤后水流动和气液界面的稳态和瞬态处理。
FLUENT中VOF存在以下限制：1）必须使用离散求解器，VOF模型不能用于耦合求解器2）所有的控制体积必须充满单一流体相或相的联合，VOF模型不允许在那些空的区域没有任何流体的存在。
vof与相场法的区别
相对于VOF方法，相场法更适用于模拟复杂的相变过程，例如液滴的形成和破裂、材料的凝固和熔化等。但是，相场法计算量较大，需要更多的计算资源。
vof与相场法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ区别
VOF（Volume of Fluid）和相场法（Phase-Field）都是数值计算方法，用于模拟液体和气体等流体的行为。它们在物理模型、计算方法、应用范围等方面存在一些区别。
VOF方法是基于Eulerian视角的方法，它将流体的连续性方程和Navier-Stokes方程组合在一起求解。VOF方法假设流体被分成很多小体积，通过计算这些小体积的面积来计算流体的体积分数。当这些小体积与一个界面相交时，界面的位置和形状可以由计算得到。
VOF模型介绍讲解学习
V O F模型介绍2数值计算模型和方法2.1基本理论实验测量、理论分析和数值模拟研究流体常用的三种方法。
三种方法都有各自的优缺点。
实验测量的结果具有直观性和正确性；理论研究具有普遍性，能够为其他的研究方法提供理论支持；而数值模拟是最先进的不受设备条件要求的研究方法。
目前数值模拟的方法因其方便且受限制小而被大家广泛应用，但是数值结果也需要与实验数据进行对比，通过实验来验证模型的正确可行性。
正确的模拟方法可以为我们研究的对象提供实验所观察不到的有价值的研究和预测。
三种方法在研究中是相辅相成的。
目前数值计算的研究方法已经有了长足的发展，得到了广泛的应用。
此种方法将需要研究的问题在虚拟的环境中进行计算，排除了时间、空间等各种因素的限制，我们可以对不同参数和工况进行取值，得到以下在实验中无法观察得到的数据，因此具有实验无法达到的优越性。
在模拟计算中，只要建立合理的数学模型和物理模型，就能借助计算机就可以得到理想的结果。
对于流体换热或流动问题，都可以采用CFD方法解决，CFD方法计算过程如下：（1）选择合理的数学模型来描述简化之后的实际问题，只有建立其合理的数学模型，才能对问题进行分析。
（2）选择合理的计算方法，建立描述数学模型的方程，选择合理的方法对计算区域进行合理的处理。
同时选择合理的求解方法、设置边界条件、微分方程的离散化方法以及坐标系的建立等等也是至关重要的。
直接关系着结果的正确与否。
（3）利用Gambit、ICEM等软件对计算区域进行网格划分。
在FLUENT中对区域进行定义和参数的设定，这是模型改变最多的部分，也是CFD中最重要的部分。
（4）得到计算结果。
可以利用FLUENT自带的后处理软件对数据进行处理，结果可以通过图表或者散点图等形式表现出来，通过给出的结果分析各项参数的变化情况。
2.2VOF模型（Volume of Fluent Model）VOF 模型，是建立在固定的欧拉网格下的表面跟踪办法。
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2数值计算模型和方法基本理论实验测量、理论分析和数值模拟研究流体常用的三种方法。
三种方法都有各自的优缺点。
实验测量的结果具有直观性和正确性；理论研究具有普遍性，能够为其他的研究方法提供理论支持；而数值模拟是最先进的不受设备条件要求的研究方法。
目前数值模拟的方法因其方便且受限制小而被大家广泛应用，但是数值结果也需要与实验数据进行对比，通过实验来验证模型的正确可行性。
正确的模拟方法可以为我们研究的对象提供实验所观察不到的有价值的研究和预测。
三种方法在研究中是相辅相成的。
目前数值计算的研究方法已经有了长足的发展，得到了广泛的应用。
此种方法将需要研究的问题在虚拟的环境中进行计算，排除了时间、空间等各种因素的限制，我们可以对不同参数和工况进行取值，得到以下在实验中无法观察得到的数据，因此具有实验无法达到的优越性。
在模拟计算中，只要建立合理的数学模型和物理模型，就能借助计算机就可以得到理想的结果。
对于流体换热或流动问题，都可以采用CFD方法解决，CFD方法计算过程如下：（1）选择合理的数学模型来描述简化之后的实际问题，只有建立其合理的数学模型，才能对问题进行分析。
（2）选择合理的计算方法，建立描述数学模型的方程，选择合理的方法对计算区域进行合理的处理。
同时选择合理的求解方法、设置边界条件、微分方程的离散化方法以及坐标系的建立等等也是至关重要的。
直接关系着结果的正确与否。
（3）利用Gambit、ICEM等软件对计算区域进行网格划分。
在FLUENT中对区域进行定义和参数的设定，这是模型改变最多的部分，也是CFD中最重要的部分。
（4）得到计算结果。
可以利用FLUENT自带的后处理软件对数据进行处理，结果可以通过图表或者散点图等形式表现出来，通过给出的结果分析各项参数的变化情况。
模型（Volume of Fluent Model）VOF模型，是建立在固定的欧拉网格下的表面跟踪办法。
建立在两种或者多种流体（或相）不相互混合的前提下。
当需要得到一种或者多种互不相融的流体交界面时，可以采用这种模型。
在VOF模型中，不同的流体组分共用、着一套动量方程，通过引进相体积分数这一变量，实现对每一个计算单元相界面的追踪。
在每个控制容积内，所有相体积分数额总和为1，。
所有变量及其属性正在控制容积内各相共享，并且代表了容积平均值。
这样，在任何给定控制容积内的变量及其属性纯粹的代表了一相或者相的混合，并且由相体积分数决定。
换句话说，在单元中，若第q 相流体体积分数为q α，那么可能存在以下三种情况：（1）q α=0 ：单元里不存在第q 相流体。
（2）q α=1 ：单元里充满了第q 相流体。
（3）0<q α<1 : 单元里包含了第q 相流体和一相或者其他多相流体的界面。
基于q α的局部值，适当的属性和变量在一定范围内分配给每一个控制单元。
体积分数方程（连续性方程）跟踪相之间的界面是他通过求解一相或者多相的容积比率的连续方程来完成的。
对第q 相，有q q q q S v t αααρ∂+⋅∇=∂（2-1）其中：q S α为质量源项，在默认情形下方程2-1右端源项为零，但当你给每一相指定常数或用户定义的质量源，则右端不为零。
主相的体积分数的计算基于如下约束：nq q=1=1α∑（2-2）属性计算 出现在输运方程中的属性是由存在于每一控制容积中的分相决定的。
假设两相流系统中，相由下标1和2表示，，若第二相的体积分数被跟踪，那么每一单元中的密度如下：()2221=+1-ραραρ（2-3） 通常，对n 相系统，容积比率平均密度采用如下形式：q q =ραρ∑（2-4） 所有其他属性都以这种方式计算。
动量方程通过求解整个区域内单一的动量方程，得到的速度场是由各相共享的。
动量方程取决于通过属性ρ和μ的所有相的容积比率，方程如下：()()()t T v vv p v v g F ρρμρ∂⎡⎤+∇⋅=-∇+∇+∇++⎢⎥⎣⎦∂ （2-5）能量方程能量方程在各相中也是共享的，表示如下： ()()()t eff h E v E p k T S ρρ∂⎡⎤+∇⋅+=∇⋅∇+⎣⎦∂ （2-6）其中：eff k ——有效热导率；h S ——源项，包括辐射以及其他体积热源；E ——总能量。
VOF 模型处理能量E 与温度T ，作为质量平均变量:11n q q q q n q q q E E αραρ===∑∑(2-7) 这里每一相的q E 是基于该相的比热和共享温度得到。
属性ρ和eff k 是被各相共享的。
h S 包含辐射的贡献，也有其他的容积热源。
标量方程根据你问题的定义，在求解时或许涉及到附加的标量方程。
在紊流情形时，只求解一套输送方程，紊流变量（如k 和ε）被通过整个区域的各相共享。
界面的描述Fluent 中对气液界面额描述有四种方案：几何重建；物质接受；欧拉显式；欧拉隐式。
本文采用几何重建法。
假定相界面在每个计算单元内通过一线性形状计算穿过界面的对流及位置等信息如图 2 -1所示。
其中白色部分代表气相区域，阴影部分代表液相区域，中间的分隔线代表气液相界面。
图2-1几何重构法中的气液界面时间依赖对时间依赖的VOF计算，方程2-1的求解使用显式得时间匹配方案。
Fluent自动地为体积分数方程的积分细分时间步长，可以通过修改Courant数值影响这个时间步长，可以选择每一时间步更新一次体积分数或者每一时间步内的每一次迭代更新一次。
表面张力与壁面粘附1）表面张力Fluent表面张力模型是连续表面力模型，VOF计算中附加的表面张力导致了动量方程中的源项。
跨过表面的压降依赖于表面张力系数σ和通过两个半径的正交方向量度表面曲率1R和2R：211211+R R p p σ⎛⎫-= ⎪⎝⎭ （2-10）其中：1p 和2p 是两种流体界面两侧的压力。
在Fluent 中，使用CSF 公式时，这里的表面曲率hi 从垂直于界面的表面局部梯度计算的。
n 为表面法线，定义q α为第q 相的体积分数的梯度，则有：q n α=∇ （2-11）表面曲率κ是为了区别单位法向量n 而定义的：=n κ∇⋅ （2-12）其中：n n n =（2-13） 表面张力也可以根据越过表面的压力变化得出。
表面力使用散度定力可以表示为体积力，它有如下形式：(),,12i i j j j j i i vol ij pairs ij i j i j F αρκααρκασρρ<∇+∇=+∑（2-14） 若一个单元中只有两相，那么有i j κκ=-；i j αα∇=-∇。
因此方程2-14可简化为：()12i i vol iji j F ρκασρρ∇=+（2-15） 其中ρ是使用方程2-14计算的平均密度。
方程2-15说明一个单元表面张力源项是和单元平均密度成比例。
2）壁面粘附假定流体与壁面产生的接触角常用于调节壁面附近单位表面的法向而不是加强壁面本身的边界条件，这个所谓的动力壁面的边界条件熬制了壁面附近表面曲率的改变。
若w θ是壁面的接触角，那么挨着壁面的实际单元表面法向为： cos sin w w w w n n t θθ=+ （2-18）这里w n和w t分别是壁面额单位法向量和切向量这个接触角与一个单元正常计算的表面法向量联合决定了表面的局部曲率，这个曲率θ壁面和壁面上界常用于调整表面张力计算中的体积力项。
接触角w面切线的夹角如图2-2所示。
图2-2 wθ示意图湍流模型图2-3湍流模拟分类湍流模型在数值模拟计算中至关重要，模型的选择直接影响计算结果的正确性。
具体模型分类详见图2-3。
直接模拟就是直接对N-S 方程进行求解，理论上能得到精确值解，但计算难度高不容易实现。
非直接模拟是对某部分进行简化处理，从而得到近似解。
实际应用中，比较常用的有标准k-ε模型和RNG k-ε模型。
本文采用了标准k-ε模型，下面将对标准k-ε进行具体阐述：标准k-ε模型由湍动能k 和湍流耗散率ε两个方程组成，其中湍动粘度t μ 为k 和ε的函数2t k C μμρε=（2-19） 标准的k-ε模型的方程可以表示为()()+i t k b M k i k j k ku k G G Y t x x ρρμμρεφσ∂∂⎡∂⎤⎛⎫=+++--+ ⎪⎢⎥∂∂∂⎝⎭⎣⎦ （2-20）()()()2132ti t k b i i j u C G C G C x x x k k εεεεερερεμεεεμρφσ∂∂∂⎡∂⎤⎛⎫+=+++-+ ⎪⎢⎥∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦（2-21）式中，k G 是速度梯度引起的湍能项，b G 是由浮力引起的湍能项。
i j i k j i j u u u G x x x μ∂∂∂⎛⎫=+ ⎪∂∂∂⎝⎭ （2-22）对可压缩流体，有Pr t b i i i T G g x μβ∂=∂式中，Pr 是湍动普朗特数。
β是膨胀系数，()=-//T βρρ∂∂ 。
M Y 为脉动扩张项。
对可压缩流体，22M t Y M ρε= 。
其中t M为湍动马赫数，t M =。
当流体不可压缩时，0Gb = ，0M Y = 。
当忽略源项时，=0εφ，0k φ= ，上述方程简化为：()()i t k i j k j k ku k G t x x x ρρμμρεσ∂∂∂⎡∂⎤⎛⎫+=++- ⎪⎢⎥∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦（2-23）()()()212+i t k i j j u C G C t x x x k k εεερερεμεεεμρσ∂∂∂⎡∂⎤⎛⎫+=+- ⎪⎢⎥∂∂∂∂⎝⎭⎣⎦（2-24）标准k-ε模型是描述湍流模型中最简单的模型，但由于其是从实验中总结出来的半经验公式，因此认为在流体粘性为0的情况下应用该模型具有较高的准确性。
本章小结本章简要介绍了计算流体力学的发展，主要介绍了描述喷嘴流场的湍流模型以及流体流动的控制方程理论，为喷嘴数值模拟提供理论支持。