相場和水平集
關注創建者：云揚 創建時間：2020-11-09
相場和水平集的實例教程
包含相場法和水平集法，可以很好地對比兩者之間的區別
提供基于comsol中相場方法模擬多孔介質兩相驅替（水氣、油水等等）的算例（也可以定做水平集驅替的算例），可在此基礎上學會利用comsol軟件進行兩相流驅替的模擬，拓展研究，具體參考算例附后。
附贈基于相場方法模擬驅替時的毛管數計算方法和飽和度計算方法
在之前的文章中，我們討論了使用基于場的方法（水平集和相場）為自由液面建模。動網格是另一種可選方法，它能夠處理沒有發生拓撲變化的自由液面。本文中我們將展示如何使用動網格方法為自由液面建模，并將結果與基于場的方法進行對比。
自由液面問題
為了演示動網格功能，我們繼續以介紹相場和水平集方法的博客中的問題為例。實心桿模型一半浸沒到小型管道內的水中。值得注意的是，實際上在水平集與相場方法中，動網格功能還可用于指定小矩形桿在液面上來回移動，在動網格方法中亦是如此。
示例問題的幾何結構和定義。
自由液面的動網格方法限定了矩形桿的位移并追蹤液面的位移。我們通過在動量方程中添加一個源來考慮模型內的重力。為了將動網格方法得到的結果與相場和水平集方法得到的進行對比，我們對壁使用了 Navier 滑移邊界條件。滑移長度等于單元長度。
使用動網格為自由液面建模
在 COMSOL Multiphysics? 軟件中，對于相同的問題，動網格自由液面建模功能與上一節討論的水平集與相場法屬于完全不同的方法。利用動網格方法，自由液面被建模為分隔兩個域的幾何面。表面張力及其他表面力被直接施加在自由表面，作為邊界條件。
利用自由表面 特征，我們可以計算出任意時間點上的液面流體速度，將之作為自由液面的位移速度。動網格方程的解可以平滑地取代流體域中的網格節點。我們隨即計算了移動坐標系中的納維-斯托克斯方程，并同時求解動網格方程，從而獲得移動量。
通過該方法，我們完成了液體的建模，與此同時，我們以表面張力和壓力效應的形式對自由液面上方的氣體域內的流場進行了處理。因此，我們不能使用當前方程獲得氣相流場（當然，你可以通過手動添加第二個流體流動接口，或者通過使用“微流體模塊”的兩相流，動網格 接口中的流體-流體界面 特征改變這種情況）。
展開 中國管理科學研究院人才戰略研究所
COMSOL多物理場耦合核心技術與應用”高級培訓班
北京
培訓大綱：
（一）多物理場耦合及COMSOL?Multiphysics軟件簡介
（二）COMSOL的基本特點、耦合機理
（三）COMSOL幾何建模與網格技術
（四）COMSOL后處理技術詳解
（五）COMSOL求解器技術詳解
（六）COMSOL流動與傳熱應用
（七）MEMS與AC/DC
（八）COMSOL典型算例分析與答疑
（6.1）單相層流分析；簡單的對流傳熱分析
（6.2）多相流動分析；相場法和水平集法的應用
（6.3）傳熱過程中輻射和相變的分析
（6.4）多相流傳熱分析
（7.1）微電阻梁的電熱－結構耦合分析（上）
（7.2）微電阻梁的電熱－結構耦合分析（下）
（7.3）微流固耦合分析案例講解
（7.4）微流控電滲混合器案例講解
（7.5）壓電器件的插齒表面波分析（2D模式和3D分析） (7.6）機械諧振分析
(7.7）介紹低頻電磁場控制方程和邊界條件?
展開 根據這一優勢，我們可以直接在相邊界上施加力和通量。基于相場的方法需要圍繞相邊界表面建立密集網格，來解析該表面的等值面。由于很難定義一個精確貼合等值面的自適應網格，因此通常必須在等值面周圍建立大量密集網格。在相同精度的情況下，這樣做會使基于相場的方法的求解效率低于動網格方法。那么，我們應該什么時候使用不同的方法呢？
對于不希望發生拓撲變化的微流體系統，通常首選動網格法；
如果需要拓撲變化，則必須使用相場法：
當表面張力的影響較大時，首選相場法
如果可以忽略表面張力，首選水平集法
分離多相流模型和湍流模型
在湍流模型中，由于僅求解平均速度和壓力，流體的細節會丟失。從這一點來看，表面張力效應在流體的宏觀描述中也變得不那么重要。又由于湍流表面的流動比較劇烈，因此幾乎不可能避免拓撲變化。所以，對于湍流模型和分離多相流模型的組合，最好使用水平集法。水平集法和相場法都可以與 COMSOL Multiphysics 中的所有湍流模型結合使用，如下圖和動畫所示。
在 COMSOL Multiphysics 中，所有湍流模型都可以與相場法和水平集法相結合來模擬兩相流。
將水平集法與 k-e 湍流模型相結合模擬反應堆中水和空氣的兩相流。
分散多相流模型
萬一相邊界過于復雜而無法求解，我們必須使用分散多相流模型。
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水平集法和相場法都可以與 COMSOL Multiphysics 中的所有湍流模型結合使用，如下圖和動畫所示。
在 COMSOL Multiphysics 中，所有湍流模型都可以與相場法和水平集法相結合來模擬兩相流。
將水平集法與 k-e 湍流模型相結合模擬反應堆中水和空氣的兩相流。
包含相場法和水平集法，可以很好地對比兩者之間的區別
提供基于comsol中相場方法模擬多孔介質兩相驅替（水氣、油水等等）的算例（也可以定做水平集驅替的算例），可在此基礎上學會利用comsol軟件進行兩相流驅替的模擬，拓展研究，具體參考算例附后。
附贈基于相場方法模擬驅替時的毛管數計算方法和飽和度計算方法
在之前的文章中，我們討論了使用基于場的方法（水平集和相場）為自由液面建模。動網格是另一種可選方法，它能夠處理沒有發生拓撲變化的自由液面。本文中我們將展示如何使用動網格方法為自由液面建模，并將結果與基于場的方法進行對比。
自由液面問題
為了演示動網格功能，我們繼續以介紹相場和水平集方法的博客中的問題為例。實心桿模型一半浸沒到小型管道內的水中。
不過，在水平集和相場法中，網格不會隨液體表面移動。
（二）COMSOL的基本特點、耦合機理
（三）COMSOL幾何建模與網格技術
（四）COMSOL后處理技術詳解
（五）COMSOL求解器技術詳解
（六）COMSOL流動與傳熱應用
（七）MEMS與AC/DC
（八）COMSOL典型算例分析與答疑
（6.1）單相層流分析；簡單的對流傳熱分析
（6.2）多相流動分析；相場法和水平集法的應用
