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《河海大学》 2006年
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体积分数保持法

班长英  
【摘要】:自由面问题在工程实践中大量存在,对自由面问题的研究具有十分重要的工程价值和学术意义,数值模拟是研究和解决实际工程问题主要的方法之一。由于自由面的特殊性质,对自由面的处理在数值模拟中显得尤为困难和重要。本文主要研究了VOF(Volume of Fluid)方法的自由面边界线的重构问题,提出了一种改进的算法—体积分数保持法,并用实例验证了该方法的有效性和可靠性。 本文首先对研究自由面流动的各种方法,特别是数值方法作了较全面的概括,并分析了它们各自的优缺点,接着对VOF方法的发展和应用作了较详细的分析和介绍。 在学习和继承已有的VOF方法基础上,为了能精确跟踪自由面的运动和模拟更复杂的自由面变形,本文对VOF方法在界面重构方面进行了改进,发展了一种改进的自由面边界线的重构算法—体积分数保持法。在假设自由面的边界线沿y方向(x为自变量,y为因变量)没有间断,而且一个网格中最多只存在一条可用直线段近似的边界线情况下,在每一个自由面网格中用连续的直线段近似自由面的边界线,利用某边界网格和其相邻边界网格的流体体积函数F值及近似边界线与网格线的交点坐标列出对应于每个边界网格的体积函数守恒方程,通过求解这些方程即可准确构造出边界线的具体位置和形状。这种算法原理简单易懂,在计算中更容易实现,从而增强了VOF方法处理复杂自由面变形的能力,使VOF方法能更加精确地捕捉到自由面的运动。 通过算例对本文方法和其它几种常用的VOF界面重构方法进行了对比,计算结果表明:体积分数保持法具有较高精度优势,能更好地保持流体的界面形状,从而证实了本文算法—体积分数保持法的可行性,有效地提高了VOF方法跟踪自由面的精确度和模拟复杂自由面的能力。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O35

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【参考文献】
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