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由粒子再現水滴的飛濺 通過流體體積率的輸送來捕捉自由表面的VOF 法，要表現水 面上飛濺的水滴是困難的。 本研究中，由波浪產生的水花以 質量粒子來再現。

&nbsp;界面穩定性問題分析</strong></p><p>在VOF方法中，界面穩定性是多相流模擬的核心問題之一。界面捕捉的穩定性直接影響模擬結果的物理準確性，尤其在處理復雜界面形變、表面張力驅動流動以及高密度比流體時，數值誤差可能導致非物理現象。以下是界面穩定性中兩個主要問題的分析：<strong>數值擴散</strong>和<strong>表面張力偽速度</strong>。

波浪云圖表面壓力云圖

VOF方法與LS方法作為目前最為流行的兩種多相流自由表面捕捉方法，二者應當在充分收斂的計算條件下得到流動規律與仿真質量相對一致的結果。然而，在文獻中，我們發現對于分別采用VOF和LS方法的水平管道中的兩相流動的數值仿真，得到的仿真結果之間似乎存在明顯的差異。

3.4 模型設置并開啟VOF多相流模型。VOF模型設置如下，并開啟表面張力，水的表面張力系數定義為常數0.072。湍流模型選擇k-e模型。3.5 圓柱運動設置對前景網格進行運動設置，采用網格運動的方式，本案例以實驗中的0.5124m/s展開計算。具體的輸入如下圖所示。

8.定義VOF波使用 Simcenter STAR-CCM+ 中的VOF波物理模型可定義瞬態邊界條件以模擬自由表面上的波。VOF波模型依據用戶定義的波參數生成許多場函數。可在對象樹的適當節點中將這些場函數用作邊界和初始條件。1. 要創建VOF波，右鍵單擊連續體 > 物理 1 > 模型 > VOF 波 > 波節點，然后選擇新建 > 五階。2.

船體需要捕捉的最小幾何特征為0.4mm，但不是特別關鍵位置，因此設置最小尺寸為0.2mm即可；對船體表面添加局部尺寸，控制最大尺寸為32mm；對船體近場流場網格和自由液面處網格進行加密，以捕捉船興波的變化，為避免網格量過大，從近到遠分為3個加密等級；船體表面添加5層邊界層。

雖然創建6 自由度體時已配有自由運動選項，但仍需要為體指定可以使用的移動方式。在本例中，該體可以沿X 軸向自由平移（浪涌），沿Z 軸向自自平移（升降），圍繞 Y 軸自由旋轉（俯仰）。（6）創建VOF波；VOF波模型生成多個場函數，這些場函數基于用戶定義的波參數。可在對象樹的適當節點中將這些場函數用作邊界和初始條件。要創建VOF 波。

同樣的方式設置空氣相，選擇氣體和恒密度模型，定義完的歐拉相如下：（6）設置VOF波；在模擬期間，自由表面水位隨時間的變化而變化。 STAR-CCM+ 提供可讓您指定波初始條件和邊界條件的 VOF波模型。此處，在靜水中拖曳船。

同樣的方式設置空氣相，選擇氣體和恒密度模型，定義完的歐拉相如下：（6）設置VOF波；在模擬期間，自由表面水位隨時間的變化而變化。 STAR-CCM+ 提供可讓您指定波初始條件和邊界條件的 VOF波模型。此處，在靜水中拖曳船。

</p><p><br></p><h2>2、VOF方法</h2><p>在VOF方法中，用來劃分兩相界面的函數是體積分數α，表示的是單個網格內的液體體積與這個網格總體積的比值。

圖3 六面體網格 模擬計算在Fluent中完成，兩相流模型采用VOF進行處理，能夠較好的模擬自由液面的形變。湍流模型采用RNG k-epsilon湍流模型。該模擬中相關設置如圖4所示，該問題的主要復雜點在于網格的處理和Fluent中設置和參數的選擇。

其中，VOF方法處理流動界面 時依賴網格的細化程度，對復雜尖銳界面的模擬效果并不理想，但計算過程中滿足質量守恒；Level Set方法處理復雜界面的能力強，其自由表面的追蹤精度遠高于VOF方法，但每一個時間步都要重新初始化LS函數，這會導致質量不守恒。

1.4 模型設置采用k-w SST 湍流模型，并開啟VOF多相流模型。VOF模型設置如下，并開啟表面張力，水的表面張力系數定義為常數0.072。1.5 網格標記本案例中，水與空氣在罐體中各占一半。因此將罐體下半部分網格進行標記。1.6 初始化設置進行初始化，相2的體積分數設置為0。進行局部初始化，將罐體賦予水相。

此外，由于潰壩問題涉及自由表面運動，常常需要引入專門的自由表面捕捉技術，如體積法（Volume of Fluid，VOF）或水平集法（Level Set Method）等。

wx_fmt=png&amp;from=appmsg"></p><p><strong>2.4&nbsp;模型設置</strong></p><p>采用<em>k-w&nbsp;SST</em>&nbsp;湍流模型，并開啟VOF多相流模型。VOF模型設置如下，開啟open channel flow和open channel wave bc模型。

2.5 模型設置采用k-w SST 湍流模型，并開啟VOF多相流模型。VOF模型設置如下，并開啟表面張力，水的表面張力系數定義為常數0.072。2.6 初始化設置進行初始化，相2的體積分數設置為0。3 后處理設置通過mesh與contours添加后處理云圖。

1 數學模型1.1 控制方程OpenFOAM中的interFoam求解器可以求解2個不可壓縮相的雷諾平均Navier-Stokes方程，包括連續性方程(公式1)和動量守恒方程(公式2),并通過VOF(volume of fluid)方法捕捉自由表面的運動。