[发明专利]一种高精度的两相流体界面捕获方法

权利要求书

1.一种高精度的两相流体界面捕获方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对计算区域进行建模，生成初始的高质量非结构化三角形网格，根据计算条件，对不同的流体相初始化VOF相函数F值，同时设置计算工况参数；

2)采用“预估-校正”的两步计算实现网格的自适应加密：首先计算VOF相函数F在流场中的传输预估下一时刻流体相界面的位置，进而对F∈(0，1)的相界面网格进行细分加密将高质量非结构化三角形网格细分为四个子网格，然后再在细分加密后的网格上重新计算得到在细分后网格上下一时刻相函数F的分布；

3)完成上述计算后，对流体全部流出或者全部充满指定相流体的四个子网格重新合并为一个网格单元，并计算该网格的相函数F值；

4)采用PLIC方法重新构造流体相界面；

5)反复迭代执行步骤(2)～(4)，直至完成计算终止。

2.如权利要求1所述的高精度的两相流体界面捕获方法，其特征在于：所述的步骤1)包括对计算区域建模生成初始的高质量非结构化三角形网格，然后根据计算条件对不同的流体相初始化VOF相函数F值，F表示流体某相在网格单元内的体积与网格体积的比，其取值介于0～1之间，F为0代表空网格，为1代表满网格，介于0和1之间则代表存在相界面，同时给定计算的工况参数，包括不同相流体速度的给定。

3.如权利要求1所述的高精度的两相流体界面捕获方法，其特征在于：所述的步骤2)采用“预估-校正”两步计算实现网格的自适应加密其具体步骤为：

a)预估相界面位置并加密：采用VOF方法计算流体相函数F的分布，预估下一时刻流体相界面的位置，进而对相函数F值介于0和1之间的相界面网格单元进行细分加密；

b)校正计算相函数F的传输：重新赋予网格单元预估计算前的F值，同时对细分加密后新添加的子网格初始化相函数F值，进而在细分后的子网格上重新计算流体相函数F在每个网格单元中的分布。

4.如权利要求1所述的高精度的两相流体界面捕获方法，其特征在于：所述的步骤3)完成在细分后网格单元上的计算后，将指定相流体全部流出(即F＝0)或者全部充满指定相流体(即F＝1)的四个子网格单元重新合并为细分前的网格单元，并得到该网格的相函数F值。

5.如权利要求1所述的高精度的两相流体界面捕获方法，其特征在于：所述的步骤4)采用如下方案构造相界面：

a)网格中分段线性界面的构造先根据周边相邻网格中F值分别求解出共用当前网格的三个顶点的所有网格单元在该顶点处流体体积比函数的均值F_i，再用这三个顶点上F的均值F_i求其对于当前网格中心点相函数F₀的梯度值，进而确定该网格界面线的法线在x轴和y轴上的分量n_x和n_y如下

n→x=23·Σi=13(xi-x0)·(Fi-F0)(xi-x0)2+(yi-y0)2,]]>n→y=23·Σi=13(yi-y0)·(Fi-F0)(xi-x0)2+(yi-y0)2]]>

其中(x₀，y₀)为三角形网格中心点的坐标，(x_i，y_i)为三角形网格顶点的坐标，接下来再由该网格单元的F值大小确定界面线的位置，从而构造出一条具有任意斜率和任意位置的界面线来逼近穿过当前网格的真实流体自由面的位置，完成界面的精细重构；

b)流量输运依靠几何关系进行计算，对于自由面上网格来说，根据每一边与界面线的位置关系以及该边沿外法向的速度分量，计算通过该边的流体体积输运量；对于流体内部的网格来说，则直接计算每条边上的流体输运，对所有网格进行遍历从而得到下一时刻流体体积比函数F分布，据此进行下一轮的界面构造。