欧拉网格中VOF方法的表面张力处理与液滴破碎模拟

"该文是关于在欧拉网格中基于VOF方法处理表面张力项的研究，主要关注表面张力如何影响液滴的变形和破碎。作者采用了Brackbill的连续表面张力力（CSF）模型，并通过Bussmann模型解决VOF函数的表面张力离散问题。实验模拟了激波和拉伸流场中的液滴行为，证明了所用方法的有效性。" 在流体动力学模拟中，尤其是在涉及自由表面流动的问题中，如液滴的变形和破碎，表面张力是一个不可忽视的重要因素。欧拉网格是一种常用的数值方法，它用于描述流场中质点的运动，而VOF（Volume of Fluid）方法则是一种追踪自由表面的技术，能够有效地处理多相流问题。 本文的研究重点在于如何在欧拉网格中处理表面张力项，以更准确地模拟液滴的动态行为。作者采用了Brackbill的CSF模型，该模型将表面张力力连续化，使得在计算过程中无需明确定义自由表面，而是通过流体体积分数来间接表示。这种方法的优势在于减少了对自由表面跟踪的复杂性，同时能更好地捕捉流体界面的变化。 在VOF方法中，表面张力的离散方式可能会导致一些问题，例如界面不稳定或不准确的能量传递。Bussmann模型在此处发挥了作用，它解决了VOF函数在处理表面张力离散时可能出现的问题，提高了模拟的精度和稳定性。 通过模拟激波和拉伸流场中液滴的变形和破碎，研究人员验证了所采用的CSF模型结合Bussmann模型的效率。这些流场条件通常会在实际工程问题中遇到，例如喷雾冷却、燃烧反应等。实验结果表明，该方法能够准确地再现液滴在不同环境下的动态响应，尤其是表面张力对液滴破碎的抑制效应。 此外，文中还提及了Weber数（We）和Ohnesorge数（Oh）这两个关键无量纲数对液滴破碎的影响。We数描述了惯性力与表面张力之间的相对大小，而Oh数反映了粘性力与表面张力的关系。在Oh接近于0的情况下（低粘性），液滴的破碎模式会受到不同We数的影响，出现袋型破碎、剥落破碎和爆裂等现象。 这篇论文详细探讨了在欧拉网格中采用VOF方法和CSF模型处理表面张力项的技术，以及Bussmann模型在解决离散问题上的有效性。这对于理解并预测多相流体中的液滴行为，特别是在工业和科学应用中，具有重要的理论和实践意义。