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摘 要
本文对自由表面模拟方法进行了概述,对一些具有代表性的方法做了详细的介绍和对比,从对比中发现每种方法的优劣,最终本文选择 VOF 方法模拟自由表面。在 VOF 法中,又分为很多种具体的实施方法,本文独辟蹊径,在 YOUNS 方法的基础上进行了改进,运用 VOF 方法中的斜线法模拟自由表面,并与 YOUNS 方法做了对比。
求解单元体间的液体输运量是自由表面模拟的关键所在,VOF 方法主要是求解单元体间的液体输运量。本文模拟自由表面的基本步骤如下:根据给定的液体初始分布,利用改进的法向公式求解初始时刻自由表面的法向,结合斜线法的性质,模拟出斜线与自由表面单元体边界的交点,斜线与自由表面单元体的一条边有存在两个交点的情况,对其中两个交点进行拟合,这就完成了对自由表面初始时刻的模拟。根据拟合后的自由表面结合流场,计算出下一时间段的液体输运量,进而求出下一时刻每一单元体的液体含量,这样就可以模拟出下一时刻的自由表面。重复上述过程,就可以模拟出任意时刻自由表面的存在形式。
本文做出了在给定速度下的多种自由表面模拟结果,对模拟结果进行分析,其体积变化率大多在 10-8 左右,其形状也没有太大变化。本文还运用 SIMPLE 算法计算出了溃坝流场,同时对其自由表面进行了模拟,并将数值结果与 STANSBY 的实验结果进行比较,两者吻合较好。本课题的研究为自由表面的模拟提供了新的方法,本方法对涉及到自由表面问题的工业生产、机械设计等领域提供了参考。
关键词:自由表面;数值模拟;VOF 方法;斜线法;输运量
Abstract
In this work, an overview of free surface simulation method was firstly given and the detailed description parison of some typical methods were carried out. Finally, VOF method was chosen to simulate free face after the advantages and disadvantages of each method were taken into consideration. In the VOF method, there are a variety of specific implementing measures. A new style was developed in this study based on the improvement of YOUNS method and oblique line method in the VOF method was selected to simulate free face.
Solving the amount of liquid transport between grids is the key to the simulation of free surface and VOF method is to solve the transport volume of liquid between the grids. Basic steps for the sim