VOF方法的原理是什么？如何设置浪高仪？-电子发烧友网

NO.1

数据处理-各种平均值的含义

四种平均：facet，area，mass，vertex应该用哪个？

在Report definitions定义时，可以看到surf ace report中有四种平均，都是什么意思呢？又该选择哪个？

1，Facet 是算数平均，计算的是面上的值求和然后除以面的个数

2，Area 是面积加权平均，就是每一项×面积相加后再除以总面积

3，Mass 是质量加权平均，

4，Vertex 是节点平均，顶点平均的解释指定字段变量在曲面上的顶点平均，是通过所选变量的顶点值之和除以顶点总数来计算的，计算的是面上的点的值求和然后除以点的个数，我理解的就是计算每个网格中心点的值相加以后再除以点的总数，浪高仪的设置就是用的这个平均。

每个平均得到的结果也有可能不同，看自己研究对象选择哪个吧。

NO.2

VOF方法的原理

在 ANSYS Fluent 中采用了两相流模型 体积分数法 （VOF）来追踪空气与水的自由界面，该方法对两相流体，各自定义了在每一个计算单元中所占的体积分数函数。

什么意思呢，一开始我也不太懂，现在我觉得是这个意思

比如我们看见的现实的波浪，它的波动都是在水面上，也就是水和空气的交界面上，越往水下，其实波浪就不是太明显了。所以把波浪看作表面波的话，那么波面的vof就等于0.5，即一半水，一半空气的比例，后面设置 波面检测 ，就是这个原理。

VOF=Volume fraction ，即体积分数（我理解的）

NO.3

如何设置浪高仪

前面铺垫的两个，就是为了理解浪高仪为什么要这样设置。网上应该有教程，但我一开始不理解为什么要这样。

假设坐标系如上图，下面来介绍一下如何设置，以及为何要这样设置浪高仪。因为查看的是水面上某一点随着时间流动，它的波面的变化。所以最终要建立一个点。而建立点的顺序为面-线-点

1、设置等值面ISO-surface

为什么不能设置一个平面或者直接设置一个点呢，因为plane和point，是不会随着波浪移动的，它就是固定的一个点，一个面，那就没办法监测它的波高。（我理解的）

点击surface->create->ISO-surce，弹出以下界面，起个名字，然后选择phase(相)，相选择空气和水都没有影响，将ISO-values值设置为0.5，即水气交界面，建立的就是一个水和空气体积分数始终都为0.5的等值面。基于模型建立，->create

2,建立线line--基于mesh

建立vof面后右边就会出现vof面,在这个面上找一条线,基于mesh,基于z方向,就会建立一条线,可以compute以下,会出现z的最大值和最小值坐标,我一般选择面上中心的那条线,就是z=0.4处了.

3,建立点-基于mesh

有了线,基于这条线,只要指定x的坐标,就能创建沿着x向不同的点了.

为什么要基于mesh ,一开始我不理解,mesh 就是网格的意思,网格又是怎么存储的呢,以坐标的形式,我觉得,每个网格中点的坐标计算机其实是已知的,就可以根据xyz坐标,建立各种数据监测点.

建立万可以display一下,看一下是不是正确的,这个图上就明显的有面-线-点了.

下面就是定义数据监测了Report Definitions->New->Surface Report->Vertex Average,打开下个界面

基于mesh ,Y-coodinate,因为监测的波高,波高方向是y,所以要看要研究点的波高,即Y方向的变化的值.->ok就可以了,后面计算的时候,窗口会显示这些数据的变化的.

这些数据都是.out文件,可以将后缀改成.txt文件,打开excel,打开->选择该.txt文件,选择分隔符号,下一步,再选择Tab键和空格,下一步,下一步,完成.数据就导入进去了,删除不用的文字就可以处理了.

**NO.4 **

参考压力,总压,表压

--这个可以看B站:计算传热学大叔,讲的特别好,还通俗易懂

表压，也叫相对压力，fluent中存储的是表压，

参考压力 ，就是fluent中的操作压力。

绝对压力 ，如果是不可压缩流动，不用管这个参数，当计算理想流体时，则必须要用到绝对压力，它等于相对压力＋参考压力。

对不可压流动，绝对压力没有意义，压差才有意义。

对于不涉及任何压力边界条件的不可压缩流动,ANSYS FLUENT在每次迭代后要调整表压值。这个过程通过使用参考压力位置处(或该位置附近)节点的压力完成。因此,参考压力位置处的表压应一直为0。如果使用了压力边界条件,则不会使用到上述关系,因此参考压力位置不被使用。

参考压力位置默认为等于或接近(0,0,0)的节点中心位置。实际计算中可能需要设置参考压力位置到绝对静压已知的位置处。在Operating Conditions对话框中的Reference Pressure Location选项组中设置新的参考压力位置的x,y,z的坐标即可。

如果要考虑某一方向的加速度,如重力,可以勾选Gravity复选框。

对于VOF计算,应当选择SpecifiedOperating Density,并且在OperatingDensity 下为最轻相设置密度。这样做排除了水力静压的积累,提高了round-off精度为动量平衡。同样需要打开 Implicit Body Force,部分平衡压力梯度和动量方程中体积力,提高解的收敛性。

ReferencePressure Location(参考压强位置)应是位于流体永远是100%的某一相(空气)的区域,光滑和快速收敛是其基本条件。

参考压力是为了减少舍入误差计算误差设置的 。可以把流体域内某一点设置成参考压力点，该点的压力为0，这个参考点的压力在每一步迭代后都会变成0，如果没有这个锚点，每次计算迭代一步会飘。每一次迭代，其他点的压力都要以该点作为参考。如果没有压力边界，就要设置压力参考点。当然也可以设置在流体域外，fluent会自动将离该点最近的流体域的点设为参考点。

1，压力出口边界有两个参数，表压默认为0，默认压力出口处的静压为0

静压和总压的区别：对于有粘性的流体来说，根据伯努利定律，总压驱动流动，总压=静压＋动压，如果左右两侧的总压，左边大于右边，那流体一定是从左向右流动的。但静压不一定是左边大于右边，因为还有动压。但对于无粘性流体，没有粘性损失，左右的总压一定是一样的。

2，对于回流出口边界，总压就是环境压力。

**NO.5 **

二维mesh网格划分,三角形和四边形同时存在

我发现在画二维网格时，在边界添加尺寸后，画出来的网格只在边界上加密，而内部区域非常差，也不是均匀分布的四边形网格，我发现这是因为没有添加面网格尺寸

Constrain Boundary 选择yes就可以画出均匀网格了。

自己瞎试试,或许也能找到解决办法.

NO.6

什么是源项

对固体传热什么的，只用考虑能量方程就可以了，因此固体只有一个方程,能量方程.但流体就不一样了.

流体力学三大方程：

质量方程（连续方程） kg/m3.s

**动量方程 **N/m3（N.s/m3.s）

**能量方程 **W/m3（J/m3.s）

动量方程： 每立方米空间内加载的体积力

能量方程： 每立方米空间内每秒的发/吸热量。造波不涉及

质量方程： 每立方米空间内每秒产生的物质质量，一般用于传质过程。连续方程。

对于不可压缩流体，密度为常数，所以就有

源项造波包括质量源项和动量源项造波 ，原理就是在动量方程和质量方程右边添加一个源项。

源项的方程要根据自己的研究来定，我不太理解什么意思。我以为的可能就是比如质量源造波，连续方程的右端本来是0，也就是他是处于一个平衡状态的，这时候如果在右边添加一个不为零的项，无异于给了它一个“推力”。看文献说，质量源造波类似于水下爆炸，这个爆炸的能量使得水体不再静止，开始流动，从而形成波。海绵层消波的思想是在动量方程的右边添加一个源项，由于要消波，所以他的思想是希望产生和传播过来的波相对抗的能量，也就是“1-1=0”的思想。明白了这些，UDF就可以编写了，但这也是个大工程。(我理解的,可能不对)

不管是什么源项，都是针对cell来说的，所以他的定义实在cell-zone-conditions那里，而不是在boundary-conditions那里， 不同的区域添加的源项可能不同，这个可以在UDF时指定，也可以在DM画图时就已经把区域分好，但还是建议在UDF编译，这样好改，如果模型已经划分好了固定了，后面改参数就比较麻烦了。

NO.7

扩散项，非稳态项，源项的理解——NS方程

N_S方程根据牛顿第二定律推导而来，实际上就是动量的守恒，微原体左边的动量等于右边，N-S描述的流体运动的普遍规律，就是动量方程。只是有不同的形式。

即其对流项均采用散度形式表示的形式，这种控制方程的形式称为控制方程的守恒形式，这种方程称为守恒型的控制方程，即通用形式，分别为非稳态项，对流项，扩散项和源项。从微元体的角度考虑，守恒型控制方程等价于非守恒型控制方程

对流项的意义就是“速度运输速度本身”，或者速度运输动量。扩散项是由梯度驱动的，和扩散定律及热传导一致，作用效果在于空间上重新分配动量，从而减少速度梯度，使得速度场更光滑。

这可能就类似于,一个商场本来关着门,营业的时候,大家都冲进去了,那我们对这个商场来说就是外来物,就是"源项",人与人之间的流动是对流项,如果这时候商场有个孕妇生了个孩子,那这个孩子就是扩散项,假设这时候商场达到一个平衡,但又有人进来了(源项),商场又引起了波动,就产生了"波".(只是我的理解,可能不对).

我觉得ZhiHu上的这个回答更好理解.