[发明专利]一种由VOF函数快速构造符号距离函数的改进CLSVOF方法

摘要

针对现有CLSVOF方法中符号距离函数构造过程过于复杂、不易扩展到三维，构造效率低等问题，本发明提出一种由VOF函数快速构造符号距离函数的改进CLSVOF方法，该方法首先利用子网格技术找出界面网格，再通过牛顿迭代法将界面网格内的VOF函数转换为符号距离函数，在此基础上，采用快速扫描法构造全计算区域的符号距离函数，然后通过WENO格式和迎风格式计算获取准确的界面法向量值，最后采用修正的THINC算法对求解VOF方程。

主权项

一种由VOF函数快速构造符号距离函数的改进CLSVOF方法，其特征在于：包括如下步骤第一步：定义初始VOF函数根据实际的物理界面，在网格内定义VOF函数，界面网格的VOF函数值为0～1，界面内的网格的VOF函数值为1，界面外的网格的VOF函数值为0；第二步：获取界面网格首先通过网格的VOF函数值，初始化符号距离函数，VOF值大于0.5的网格的符号距离函数为正，VOF值小于0.5的网格的符号距离函数为负；其次，采用子网格技术判断当前网格是否为界面网格，所述子网格技术即通过判断当前网格与周围网格的符号距离函数值是否异号来确定其是否为界面网格，若异号，说明运动界面在两网格之间，网格为界面网格，反之，则为非界面网格；第三步：将VOF函数转换为符号距离函数由于VOF函数和符号距离函数代表了相同的界面，那么在界面网格处的符号距离函数Heaviside值应等同于VOF函数值，采用Newton迭代法对上述等同关系进行求解，可获得界面网格的符号距离函数，即符号距离函数值；第四步：重构符号距离函数采用快速扫描法对符号距离函数进行重构，所述快速扫描法是一种求解Eikonal方程的快速解法，对符号距离函数重构等同于求解Eikonal方程|▽Φ|＝1；第五步：采用WENO格式获取符号距离函数梯度符号距离函数重构后，采用高精度的WENO格式获取梯度；第六步：用符号距离函数的梯度定义界面法向量定义界面法向量时，考虑迎风特性，若流场速度为负，取符号距离函数的右导数为界面法向量，若流场速度为正，则取符号距离函数的左导数为界面法向量；第七步：求解VOF传输方程。