面向液滴湍流中体积守恒的数值修正方法

在液滴湍流相场数值模拟中，准确保持分散液滴的体积仍是一个重要挑战，尤其是在液面强烈变形和破碎的条件下。虽然已开发出多种修正相场方程以缓解体积损失，但其有效性尚未在完全发展的湍流流场中进行系统评估。本文首先评估了若干代表性体积校正相场模型在液滴湍流均匀各向同性湍流的数值模拟中的性能。我们的结果表明，在足够大的韦伯数条件下，现有模型均未能实现令人满意的液滴体积保护。为此，我们提出一种简单且有效的保守性 Allen-Cahn 方程修正方法，通过引入曲率相关的扩散校正项。液滴湍流数值模拟结果表明，所提模型在统计意义上实现了液滴体积守恒，同时避免了数值不稳定、全局质量守恒违反、计算成本增加、人工颗粒 coarsening 或伪造速度增强等常见的负面效应。