流体体积框架内界面面积和形心计算方法

摘要

为提升相间传质数值模拟精度，在流体体积（VOF）模型框架内提出了一个集成速度拓展的界面面积和界面形心计算方法。该方法由多边形切割算法和质量源分配算法两部分构成：多边形切割算法将网格内的相界面近似为平面多边形，从多边形的任一顶点出发将其分割成若干三角形，进而给出相界面面积和界面形心；质量源分配算法利用亥姆霍兹方程，将传质引起的体积膨胀项转移到主相内，使得次相速度场无散，从而确保体积分数方程精确求解。测试发现：无相间传质时，多边形切割算法计算液滴表面积的相对误差在±1%以内；发生相间传质(传质速率m″=10 kg·m^-2·s^-1)时，单独使用多边形切割算法导致结果失真；当两个算法协同应用时，液滴表面积最大绝对百分比误差为0.89%,液滴体积最大绝对百分比误差为0.28%,模拟结果与液滴理论生长曲线呈现良好的一致性。所提方法能够为处理相间传质问题提供可靠的相界面几何信息。

关键词

相间传质 / VOF模型 / 界面面积 / 界面形心 / 速度拓展

基金资助

中央高校基本科研业务费资助项目(xzy012024028)