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一种模拟不/微可压缩多相流的守恒型Level Set方法

龙天  潘书诚  蔡晋生  
【摘要】:LevelSet(LS)方法是多相流数值模拟中常用的一种界面追踪策略,具有简洁,易于求解几何量的优点,却没有体积守恒的性质。因此,基于LS的多相流数值模拟方法往往面临着质量不守恒的问题。针对该问题,本文发展了一种守恒型的LS方法用于模拟不可压缩及微可压缩多相流。基于(Han等,J.Comput.Phys.,2015)中的激励-响应思想,本文利用高斯迭代对LS方法本身的不守恒问题进行修正。该修正可隔若干步进行一次,进一步提高了计算效率。与其他守恒型方法相比,该方法不用对LS对流方程进行任何修改,不用求解额外的方程,简洁且易于实施。各种二维、三维的纯LevelSet算例以及不可压缩与微可压缩多相流问题被用来验证该方法的有效性。需要指出的是,虽然修正采用迭代的策略,但收敛速度极快(对于本文的所有算例,通常2到3步迭代即可将守恒误差降到机器量级)。计算结果显示,该方法能够在极低的分辨率,耗散极大的数值格式下保证守恒性。对于高分辨率的问题,将守恒误差降到机器量级的额外计算花费不足原来计算时间的百分之一。该方法高效、鲁棒的特点表明了其在多相流数值模拟中广阔的应用前景。

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