找到vof中interface的位置

[linhan.ge]

大家好，我目前在用VOF-DEM耦合做气泡(VOF)和颗粒(DEM)相互作用的模拟。现在想添加一个颗粒和气泡间的作用力。这个作用力由颗粒与气液interface间的距离决定。目前想用alpha1=0.5作为interface，想请教一下大家，如何在代码层面尽量快速高效的找到alpha1=0.5的所有网格的位置，要遍历所有网格去找吗？

[队长别开枪]

求解过程中的0.5等值面提取没搞过啊，只有后处理的时候提取过iso-surface。你说的这个需要在求解过程中确定interface的位置，使用OpenFoam最新的iso-Advector或者PLIC-VOF吧，这两个都属于几何重构方法，求解过程中可以得到interface的位置信息。

[李东岳]

这个作用力由颗粒与气液interface间的距离决定

你要处理颗粒一半在水里、一半在空气中的情况？
是的。你这个在VOF里面确切的获得界面不容易，主要是VOF目前很难有严格的alpha=0.5的情况，除非采用其他算法几何性的重构出来。

[linhan.ge]

@队长别开枪 没用过iso-Advector，主要我还改了相方程（加了颗粒相体积分数的影响），不知道iso-Advector相方程好修改吗？

[linhan.ge]

@东岳 不一定是一半一半的情况，就是颗粒距离气泡表面有一定的距离的时候，会有力的作用，类似于MPPICinterFOAM里面在界面处施加的里，只不过我是跟界面距离有关，MPPICinterFOAM是相分数梯度的函数。

[队长别开枪]

@linhan-ge 不知道你的相方程怎么修改的，iso-Advector 修改起来不难，我自己在做多面体网格的PLIC解析算法，advection部分因为不是我的研究范围就用的iso-Advector提供的算法。

[linhan.ge]

@队长别开枪 其实我的修改很简单，就是加入一个颗粒相体积分数的影响， 这是对MULES方法的修改，针对isoadvector，应该就需要前两项。不知道以大神的经验，可行性如何，代码实现难度大不大。我目前对isoadvector的了解非常浅薄。

[队长别开枪]

@linhan-ge $\alpha_f$ 是指颗粒相体积分数吗？因为一般下标$f$指代有限控制体的边界（face）

[linhan.ge]

@队长别开枪 $\alpha_f$是所有流体的体积分数，包括空气和水。$\alpha_f$=$\alpha_1$+$\alpha_2$

[wallong]

@队长别开枪 你好，因为研究内容界面张力主导，需要两相界面更精确一点，想要在OF中实现结构化网格的PLIC界面重构，找了一些资料，包括Fortran版的实现，几何计算实在看得不是很明白
请教一下有讲得好一点的资料推荐吗？计算几何的知识可以怎么补一下？感觉很多论文里网格层面操作很多啊

[linhan.ge]

@wallong 为什么不用iso-advector 啊？有什么特别的考虑吗？

[队长别开枪]

@wallong 结构网格中的PLIC算法相对容易，PLIC说白了就是求解interface近似平面的位置，数学上一般使用$\vec{n} \cdot \vec{X} + D = 0$表示，需要求解interface orientation vector $\vec{n}$ 和 signed distance $D$，$\vec{n}$一般使用主相体积分数的梯度，即$\vec{n} = - \frac{\nabla \alpha}{| \nabla \alpha |}$，也有使用其他辅助函数的，例如CLSVOF方法，使用的是level-set函数的梯度计算$\vec{n}$，优点是光滑。总的来说，$\vec{n}$的计算主要是梯度的计算，在非结构网格中无非高斯定理或者最小二乘，而$D$的计算就和网格单元类型相关了，也更复杂一些，六面体单元算是比较简单的一类了，可以参考 http://iccfd9.itu.edu.tr/assets/pdf/papers/ICCFD9-2016-288.pdf 。所有的网格操作都是为了计算$D$，结构网格最简单。
iso-advector使用的是 iso-surface的基本思想，先假定isoValue = 0.5，将interface cell中的isoValue 等值面作为初始interface近似，然后调整isoValue 的数值使得等值面的位置满足主相体积分数$alpha$的值，isoValue 相当于PLIC中的$D$。与PLIC相比，iso-advector重构出来的interface近似不一定是平面，会有翘曲。

[队长别开枪]

@linhan-ge 这样的话没有颗粒的话$\alpha_f = 1$，考虑颗粒的影响的话$\alpha_f = \alpha_1 + \alpha_2$就小于1了，我的理解对吗？如果我的理解对的话，那情况就复杂了。。。

[linhan.ge]

@队长别开枪 抱歉，这个地方搞错了，$\alpha_1+\alpha_2=1$是始终成立的，是液体或气体占流体的体积分数，不是占三相的，$\alpha_f$实际上是流体占流固两相的体积分数。

[wallong]

@linhan-ge iso-advector很棒，不过考虑到自己添加自适应功能的难度，观望中...

[wallong]

@linhan-ge 作者一直在这方面努力，好像最近有新的进展了，上周Yoube更新了新的AMR视频，之前说六月可能会发布 https://www.youtube.com/channel/UCt6Idpv4C8TTgz1iUX0prAA

[wallong]

@队长别开枪 非常感谢，很有帮助，抱歉回复得有点晚了
我起初参考论文[1]，通过PLIC重构，进而得到一个每个面上AOF(area of fraction)，来作为alphaEqn.H中的phiAlpha相可以显著提高界面精度。此外论文中实现了非结构化网格的PLIC，依据的是Maric T[2]的迭代方法，这部分可能和你的工作相关。
isoAdvector的实现确实很有参考意义，学习中，最近作者好像在测试AMR了，可能不久会发布。
之前Maric T说过等完成了会公开Code，见https://www.cfd-online.com/Forums/openfoam-programming-development/89713-plic-interfoam.html，后来似乎没有。猜测可能出书，办培训班的原因，看了一眼去年他的博士论文，里面涉及了PLIC和其他界面追踪方法，个人底子差，确实难懂...
关于我的课题，除了精确界面，还需要关注的是界面张力项，CSF模型有更大影响，所以在试着实现一个新的张力模型，在你给的论文中作者反复提到了“ without smearing, dispersing or wrinkling.”，大家都知道OpenFOAM原来的方法在smearing方面表现不好，其余wrinking方面是不是也表现不好，在2-D vortex测试中会出现不明锯齿状界面，那dispersing方面呢？
[1]Dianat M, Skarysz M, Garmory A. A Coupled Level Set and Volume of Fluid method for automotive exterior water management applications[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2017, 91: 19-38.
[2]Maric T, Marschall H, Bothe D. voFoam-a geometrical volume of fluid algorithm on arbitrary unstructured meshes with local dynamic adaptive mesh refinement using OpenFOAM[J]. arXiv preprint arXiv:1305.3417, 2013.

[linhan.ge]

@wallong 看各位高手讨论学到很多，对于我们这种主要侧重于应用这些方法的人来说，跟不上你们的节奏 。大神对于我上面提出的问题，即在相方程中加入颗粒相的影响，有什么看法吗？代码层面的实现难度怎么样？由于有毕业压力，目前不敢轻易的换方法。

[wallong]

@linhan-ge 我顶多算刚入门，聊八卦有点多，没怎么聊正事
VOF-DEM不了解，不好说，有什么影响，难度如何，建议先试一试吧，试下就知道了。下次可以把参考论文post出来

[李东岳]

就是颗粒距离气泡表面有一定的距离的时候，会有力的作用，

建议直观的，用公式或者图的方式说明一下