流體仿真軟件VirtualFlow 提供完整的多相流模型框架

積鼎科技自主研發(fā)的通用流體仿真軟件VirtualFlow 提供了比較完整的多相流模型的框架，針對界面流、混合流與離散相流體等流動問題的特點提供了相應的多相流動的模型。

界面流問題，提供VOF、Level Set等模型

混合流問題，提供基于歐拉-歐拉體系的均相模型

離散相流體問題，提供歐拉-拉格朗日模型

界面流：VOF與Level Set的對比

VirtualFlow針對界面流問題，提供了VOF、Level Set等方法，Level Set方法是VirtualFlow軟件的特色方法之一。

眾所周知，VOF方法是界面追蹤方法的代表之一，而Level Set方法與之類似，通過求解對流輸運方程來追蹤捕捉界面的發(fā)展。

但與VOF方法有所不同的是，Level Set方法求解的對流輸運方程的輸運項是一個水平集函數(shù)（符號距離函數(shù)變量），而VOF方法直接求解各相體積分數(shù)的對流輸運方程。Level Set求解的符號距離函數(shù)Φ定義的是空間中的任意一點到兩相界面的最短距離，那么兩相界面的位置就自然處于Φ=0位置處，即零水平集位置。這樣定義處理兩相界面的優(yōu)勢在于，其界面擁有明確定義，即零水平集，不需要像VOF方法一樣引入界面重構(gòu)的算法，特別在界面出現(xiàn)拓撲變化的情況下（例如氣泡破碎、聚并等）。Level Set方法對于相界面的跟蹤識別的優(yōu)勢是非常明顯的。

此外，當需要考慮流體表面張力對流動的影響時，需要明確界面的法線方向及界面曲率，此時Level Set方法相較于傳統(tǒng)的VOF方法就可以更準確、更高效地對由于表面張力而影響的流動現(xiàn)象的描述。

最后在質(zhì)量守恒性方面，VirtualFlow針對性采用Local + Global補償修正，避免了早期Level Set方法的質(zhì)量守恒性較差的問題，解決了相體積不守恒的數(shù)值問題。

這里給出了VirtualFlow采用Level Set方法的數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果的對比案例，如下圖所示。

流場底部邊界為開孔平板，自孔中注入氣體形成氣泡并不斷演化的過程。分別給出了VirtualFlow采用的Level Set方法、OpenFOAM采用的VOF方法，以及商業(yè)軟件采用的VOF搭配Geo Reconstruct、耦合Level Set-VOF方法等數(shù)值模擬方法得到的仿真結(jié)果。對比下圖不同時刻下兩種數(shù)值仿真方法得到的氣泡外形變化情況（藍色線：VirtualFlow Level Set方法，黑色線：OpenFOAM VOF方法）與實驗結(jié)果（紅色線）進行了對比。

可以看到，Level Set方法得到的數(shù)值計算結(jié)果是與實驗結(jié)果最為吻合的（上圖中藍色線為Level Set方法的數(shù)值計算結(jié)果，紅色線為實驗結(jié)果），而VOF方法得到的數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果的差異在初始階段尚不明顯，但隨著時間推進，后期差異較為明顯（下圖中黑色線為VOF方法的計算結(jié)果，紅色線為實驗結(jié)果）。

另外，我們追蹤了氣泡在液體中上浮過程中的氣泡重心位置演化情況與實驗結(jié)果的對比，如中間下圖所示。圖中黑色線為實驗結(jié)果，綠色線為Level Set方法的數(shù)值預測結(jié)果?？梢钥吹剑谧粉櫄馀葜匦奈恢眠\動方面，Level Set方法是與實驗結(jié)果最為吻合。紫色線為耦合CLSVOF方法的計算結(jié)果，但作為相對更加復雜的算法，該方法預報的氣泡重心位置卻出現(xiàn)了實驗中不存在的往復震蕩現(xiàn)象，計算效果并不佳。

N相混合流：Mixture多相流動模型

對于N相混合流動，VirtualFlow具備Mixture多相流動模型。在Mixture多相流動模型實現(xiàn)中，VirtualFlow主要具備以下特色：

第一，可以實現(xiàn)氣液固任意組合；

第二，提供豐富的相間作用力模型，可以實現(xiàn)相間相互作用的自由控制，且自由控制相間互相摻混的溶混性設置。在相間相互作用力方面，VirtualFlow集成了曳力、升力以及壁面潤滑力等相關常用模型；

第三，提供了懸浮態(tài)（粘度）模型，這一模型在采用雙流體模型對流化床問題進行數(shù)值計算時需要被考慮，其可以在離散相體積分數(shù)接近pack-limit時對懸浮態(tài)流體介質(zhì)黏度進行修正。

VirtualFlow為積鼎科技自主開發(fā)的通用計算流體仿真軟件，具有領先的網(wǎng)格技術、豐富的多相流模型以及先進的相變模型，可以模擬單相和多相/多組分流動，可以模擬復雜流體（包含非牛頓流體、水合物），提供了面向工業(yè)用戶的流體仿真解決方案，可用于水利水務、環(huán)境市政、石油&天然氣、化工&過程工藝、汽車等流體仿真分析。

審核編輯 黃宇