高密度比两相流非结构化几何流体体积方法的不一致性
计算物理
2025-01-08 v2 流体动力学
摘要
基于通量的几何流体体积（VOF）方法被广泛认为在处理高密度比两相流时是一致的。然而，尽管对于无相变的不可压缩单场两相 Navier-Stokes 方程，质量和动量守恒是一致的，但离散化很容易引入微小的不一致性，从而导致非常大的误差或灾难性的失败。我们将为非结构化 Level Set / Front Tracking 方法导出的一致性条件应用于基于通量的几何 VOF 方法，并将我们的离散化实现到 plicRDF-isoAdvector 几何 VOF 方法中。我们发现，通过对几何计算的通量相体积进行缩放来计算质量通量，会破坏缩放体积分数方程与质量守恒方程之间的等价性，这取决于时间项和对流项离散化方案的选择。我们提出了两种解决方案。首先，基于离散化误差分析，我们建议时间离散化方案与动量对流项插值方案的一致组合。其次，类似于我们先前关于非结构化 Level Set / Front Tracking 方法的工作，我们求解了一个辅助质量守恒方程，并对面密度进行几何计算。我们在数学上证明了这两种方法之间的等价性，并在密度比范围为 和粘度比范围为 的条件下验证和确认了它们的数值稳定性。
引用
@article{arxiv.2312.10434,
title = {Inconsistencies in Unstructured Geometric Volume-of-Fluid Methods for Two-Phase Flows with High Density Ratios},
author = {Jun Liu and Tobias Tolle and Davide Zuzio and Jean-Luc Estivalezes and Santiago Marquez Damian and Tomislav Maric},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.10434},
year = {2025}
}