【摘 要】
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VOF（volume of fluid）方法是一种模拟两相流的主流方法,常作为一种微观方法用于捕捉两相间的动态界面运动。不同于其他两相流的模拟方法（例如EulerEuler、Euler-Lagrangian）,VOF仅求解一个相传输方程,将两种流体均视为连续相并在相界面上保证了每个相的质量守恒。但VOF方法在粗网格下界面处的表面张力和曲率得不到精确的数值解,而使用细网格又会带来巨大的计算成本。射流
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VOF（volume of fluid）方法是一种模拟两相流的主流方法,常作为一种微观方法用于捕捉两相间的动态界面运动。不同于其他两相流的模拟方法（例如EulerEuler、Euler-Lagrangian）,VOF仅求解一个相传输方程,将两种流体均视为连续相并在相界面上保证了每个相的质量守恒。但VOF方法在粗网格下界面处的表面张力和曲率得不到精确的数值解,而使用细网格又会带来巨大的计算成本。射流雾化、搅拌槽、萃取塔、鼓泡塔中液滴和气泡的破碎聚并行为等系统包含由连续相变为离散相的复杂时空多尺度过程。此类多尺度系统的VOF模拟极具挑战性。不仅要求计算准确,还需要计算量在可接收的范围内。通过宏观模型与微观模型间的耦合有望解决这一问题。本文将着重研究和讨论VOF和LPT的相关耦合算法。首先对VOF方法及基于有限体积法的相关数值求解方法进行了详细的阐述;其次对两种耦合VOF的模拟方法进行了探讨。分别为VOF-LPT（Lagrangian particle tracking）和E-E（Euler-Euler）-VOF。其中VOF-LPT算法实现了由微观尺度算法VOF到宏观尺度算法LPT的转化,主流的耦合方法分为2D与3D两种。本文将对于这种算法进行了详细的分析,通过射流雾化模型验证,之后提出一种大尺度计算域内模拟射流雾化过程的可行性方案,兼顾了模拟的准确性与计算效率。对于E-E-VOF算法,完成了从宏观尺度算法E-E到微观尺度算法VOF的耦合,通过网格大小以及相梯度作为阈值,在网格密度允许表面跟踪的计算域的部分中使用VOF方法,在流态分散无法通过界面跟踪算法描述的区域中使用双流体模型。VOF-LPT以及E-E-VOF算法本质上都是把VOF微观模型与宏观模型（LPT,E-E）相结合,进而实现了包含小尺度到中尺度或大尺度的这种多尺度行为的数值模拟。
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