交错网格上不可压缩流动的质量-动量一致 Volume-of-Fluid 方法
计算物理
2021-02-25 v2
摘要
具有大密度对比的流动计算是出了名的困难。为缓解这一困难，我们考虑对 Navier-Stokes 方程进行一种以一致方式平流质量与动量的离散化。我们对含毛细力的不可压缩流动进行建模，并在 Marker and Cell 类型的交错网格上执行离散化。采用 Volume-of-Fluid 方法追踪界面，并使用 Height-Function 方法计算表面张力。体积分数的平流采用 Lagrangian-Explicit / CIAM (Calcul d'Interface Affine par Morceaux) 方法或 Weymouth and Yue (WY) 欧拉-隐式方法执行。在满足不可压缩性的前提下，WY 方法将流体质量守恒至机器精度。为提升这些方法的稳定性，动量通量以与体积分数通量“一致”的方式被平流，即动量的间断与密度的间断以相同速度被平流。为在速度所在的中心交错单元上确定密度，执行了密度的辅助重构。该方法针对以下情形进行了测试：无表面张力液滴在均匀流中、无黏性且无表面张力液滴在静止载气中以极大密度比突然加速、Kelvin-Helmholtz 不稳定性、直径 3mm 的落雨滴，以及空气-水条件下的雾化流动。
引用
@article{arxiv.1811.12327,
title = {A mass-momentum consistent, Volume-of-Fluid method for incompressible flow on staggered grids},
author = {T. Arrufat and M. Crialesi-Esposito and D. Fuster and Y. Ling and L. Malan and S. Pal and R. Scardovelli and G. Tryggvason and S. Zaleski},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.12327},
year = {2021}
}