关于气层或气泡减阻的多相流模型的选择

[金石为开]

导师有兴趣研究气泡减阻或者气层减阻，用于船舶水动力，我想问下该选择什么多相流模型呢？水和空气不相容。目前选的有multiphaseInterFoam，bubbleFoam，和twoPhaseEulerFoam，想问一下这些多相流求解器有什么区别，有什么适用范围？基于VOF和基于欧拉模型有什么区别呢？谢谢大家~~

[CFD中文网]

区别如下，希望有帮助

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另外，bubbleFoam已经完全退出历史舞台了。具体用什么求解器还得看你的工况。

[金石为开]

@cfd-china 请问下这是哪本书呀？我也看看？什么离散相相含率，这些模型界定标准是啥呢？

[wwzhao]

OpenFOAM的VOF无法用来研究气泡问题，因为MULES在advection时不能很好地保持的界面形状。

[金石为开]

@wwzhao 我听过一个讲座是关于openfoam来计算气泡的，并且有气泡界面，我估计是网格设置很密。我见他控制方程也是一个相方程，没有界面压缩速度项，你觉得他是怎么实现的？里面的相方程离散如果不用那个MULES方法的话，他是怎么做到有界离散的？如果用MULES方法，可以做到吗？谢谢~~

[CFD中文网]

为什么OpenFOAM的VOF无法用来研究气泡问题？有很多sci都是用interfoam做气泡的。

没有界面压缩速度项，

不压缩也可以，就是正常的方程，只不过界面比较耗散不清晰。

相方程离散如果不用那个MULES方法的话，他是怎么做到有界离散的？

不用MULES可以参考Spalding的方法（同时求解两个方程，最后混合）：

       fvScalarMatrix alphaEqn
        (
             fvm::ddt(alpha)
           + fvm::div(phi, alpha, scheme)
           + fvm::div(-fvc::flux(-phir, beta, scheme), alpha, scheme)
        );
        alphaEqn.relax();
        alphaEqn.solve();

        fvScalarMatrix betaEqn
        (
              fvm::ddt(beta)
            + fvm::div(phi, beta, scheme)
            + fvm::div(-fvc::flux(phir, scalar(1) - beta, scheme), beta, scheme)
        );
        betaEqn.relax();
        betaEqn.solve();

        alpha = 0.5*(scalar(1) + sqr(scalar(1) - beta) - sqr(scalar(1) - alpha));

[金石为开]

@cfd-china 你是当做双流体模型吧。如果只有一个相方程呢？我想的答案是用有界的格式，有界格式可以保证相在0到1之间，不知道op里面有没有，之前见过但是忘记了，我说不采用MULES这种保证有界的算法，而是从格式入手。

[wwzhao]

为什么OpenFOAM的VOF无法用来研究气泡问题？

我的理解，VOF 分为两大类：一类是 algebraic，另一类是 geometric。

• algebraic：采用代数方法直接求解 VOF 输运方程。由于对流项的存在会导致求解得到的界面变厚，通常的做法是采用特殊方式处理对流项（CICSAM和HRIC）或添加人工压缩项（MULES）以压缩界面厚度。由于体积分数的分布是一个间断函数，而采用这种方法求解后的体积分数变为连续分布的函数，已经失去了其原本的物理意义。
• geometric：不求解 VOF 输运方程，而是根据通量求解各网格单元体积分数变化，再通过一定算法几何重构出自由面形状。这种方法得到的结果仍然能够保持锐利的界面，能够得到更接近物理现象的结果。但重构的算法一般比较复杂，需要消耗较多计算资源。

有兴趣的可以阅读相关文献：
Deshpande, S. S., Anumolu, L., & Trujillo, M. F. (2012). Evaluating the performance of the two-phase flow solver interFoam. Computational Science & Discovery, 5(1), 14016. https://doi.org/10.1088/1749-4699/5/1/014016

Roenby, J., Bredmose, H., & Jasak, H. (2016). A Computational Method for Sharp Interface Advection. arXiv:1601.05392 [Physics]. Retrieved from http://arxiv.org/abs/1601.05392

第一篇文献考察了MULES对于各种两相流问题的表现。
第二篇文献提出了一种基于Open FOAM的带自由面重构的VOF方法isoAdvector。

P.S.: isoAdvector的作者已经承诺本月底开源相关代码。

[金石为开]

@wwzhao 我想问下采用特殊格式处理对流项，应该是格式CICSAM和HRIC之类的，你知道这种有界格式有哪些吗？我没在openfoam里面找到，记得还有gamma格式？谢谢

[wwzhao]

@金石为开 你说的是 NVD/TVD 吧？gamma 差分格式是一种混合 UD/CD 格式，属于 NVD 方法。

[金石为开]

@cfd-china 你好管理员，我目前用两相欧拉算气泡减阻，我一个算例是不加气泡，另一算例通气，为什么我算出的摩擦力反而更加大了，通气的情况壁面网格速度比不通气的还大，造成了通气反而阻力变大了，正常论文里面是减阻了，听说你计算过许多气液流算例，你看我是哪里出现问题了呢，非常感谢！！！

[CFD中文网]

@金石为开
从描述里面看不出来有什么问题:kiss_big:

[anubis]

@wwzhao 那几何重构求解得到的体积分数是间断函数吗？

[wwzhao]

@anubis 集合重构不求解方程，而是通过通量变化计算体积分数，最后再进行界面重构。得到的体积分数必然是间断（指界面处发生跃变）的一个场。