[发明专利]基于CLSVOF方法的界面捕捉方法、装置及设备

说明书

本发明涉及一种基于CLSVOF方法的界面捕捉方法、装置及设备，属于液面捕捉技术领域，该方法通过定义初始VOF函数，获取界面网格，根据THINC/WLIC方法求解VOF输运方程，获取目标VOF函数；定义初始LS距离函数，根据紧致加权本质无振荡方法求解LS距离函数值，获取目标LS距离函数；耦合目标VOF函数和目标LS距离函数，进行界面重构，以获取最终LS距离函数；基于最终LS距离函数，根据Adams‑Bashforth算法求解Navier‑Stokes方程，更新计算区域的速度场，确定目标界面，进而实现更精确地追踪自由液面变化过程。

技术领域

本发明属于液面捕捉技术领域，具体涉及一种基于CLSVOF方法的界面捕捉方法、装置及设备。

背景技术

在流体力学领域的两相流数值模拟研究中，水-气界面的捕捉方法一直是重点的研究方向。在界面捕捉方法中，一般使用固定网格上的相位隐式函数来计算界面，界面的运动通过求解相位函数的对流方程来实现。一些常用于科学研究的界面捕捉方法包括水平集法(level set；LS)，流体体积法(volume of fluid；VOF)以及耦合水平集和流体体积方法(Coupled level set and volume of fluid；CLSVOF)。

CLSVOF方法克服了LS方法在数值计算过程中极易产生流体质量的不守恒的缺点，同时为了克服VOF方法中相体积分数不连续的缺点，耦合了LS和VOF两种方法的优点。CLSVOF方法可以在捕捉自由液面时，获得较为精确的界面参数(单位法向矢量，曲率，表面张力)，又可以较好地保持质量和体积守恒性。

但是，现有的CLSVOF方法中，VOF函数通量的计算精度较低且LS方法中质量损失较大，同时在求解Navier-Stokes方程中的对流项时也容易产生振荡误差。

发明内容

本发明提供了一种基于CLSVOF方法的界面捕捉方法、装置及设备，以至少解决现有技术中VOF函数通量的计算精度较低且LS方法中质量损失较大的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种基于CLSVOF方法的界面捕捉方法，包括：

定义初始VOF函数，获取界面网格，根据THINC/WLIC方法求解由所述初始VOF函数构建的VOF输运方程，获取目标VOF函数；

定义初始LS距离函数，根据紧致加权本质无振荡方法求解LS距离函数值，获取目标LS距离函数；

耦合所述目标VOF函数和所述目标LS距离函数，进行界面重构，以获取最终LS距离函数；

基于所述最终LS距离函数，根据Adams-Bashforth算法求解Navier-Stokes方程，更新计算区域的速度场，确定目标界面。

可选的，所述根据THINC/WLIC方法求解由所述初始VOF函数构建的VOF输运方程，获取目标VOF函数，包括

计算双曲正切函数，确定网格单元内自由界面的位置；

根据流场速度和时间步长，通过对双曲正切函数在网格间界面上积分平均，获取体积分数通量；

根据每个网格面上的体积分数通量，获取所述目标VOF函数。

可选的，所述定义初始LS距离函数，根据紧致加权本质无振荡方法求解LS距离函数值，获取目标LS距离函数，包括：

基于本质无振荡格式和紧致差分格式，构造目标紧致重构模板；所述目标紧致重构模板，包括：第一模板、第二模板和第三模板；

所述第一模板、第二模板和第三模板的表达式，分别为：

其中，i为x轴方向上的分量。