最近很長(zhǎng)一段時(shí)間受困于封閉腔多相流動(dòng)仿真不守恒的問題，無論是fluent、starccm+、CFX等都可能存在此類問題。百度搜索了很多關(guān)鍵詞，但是，往往只見問題，未見答案。

網(wǎng)上也有一些建議，例如

https://www.cnblogs.com/liusuanyatong/p/11259758.html

https://wenku.baidu.com/view/5a96e43c51ea551810a6f524ccbff121dd36c5ea.html?_wkts_=1691391767489

https://www.zhihu.com/tardis/zm/art/161299032?source_id=1005

這些分析筆記可以作為解決此類問題的參考。但也并不完全奏效。

如下是最近處理多相流仿真計(jì)算質(zhì)量不守恒問題的處理辦法，僅供參考！

1、先確定要研究的問題需要用穩(wěn)態(tài)還是非穩(wěn)態(tài)計(jì)算，這個(gè)非常重要。

fluent manual中steady-state and transient VOF calculations章節(jié)明確說了這么一段話：

A steady-state VOF calculation is sensible only when your solution is independent of the initial conditions and there are distinct inflow boundaries for the individual phases.

大概意思是“只有當(dāng)結(jié)果與初始條件無關(guān)，并且各相都有明確的流入（入口）邊界時(shí)，才適合采用穩(wěn)態(tài) VOF方法進(jìn)行計(jì)算?！?/p>

并且舉例做了說明：

For example, since the shape of the free surface inside a rotating cup depends on the initial level of the fluid,

such a problem must be solved using the time-dependent formulation.On the other hand,the flow of water in a channel with a region of air on top and a separate air inlet can be solved with the steady-state formulation.

大概意思是，例如旋轉(zhuǎn)杯內(nèi)的液體自由表面分布狀態(tài)這種跟初始液位高度有關(guān)的模擬過程必須要用非穩(wěn)態(tài)顯示算法求解。像通道內(nèi)下側(cè)為水，上側(cè)為氣體的流動(dòng)仿真，可以用穩(wěn)態(tài)求解。

因此封閉腔體內(nèi)的兩相流動(dòng)理論上必須采用非穩(wěn)態(tài)求解器進(jìn)行計(jì)算：場(chǎng)景包括：微熱管內(nèi)的蒸發(fā)冷凝，汽包鍋爐管束內(nèi)的自循環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，勻加速運(yùn)動(dòng)的罐車內(nèi)液體的液位分布等等。

而另外一些場(chǎng)景，可以用穩(wěn)態(tài)計(jì)算的敞口系統(tǒng)，如果計(jì)算量不大，能用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算也盡量用非穩(wěn)態(tài)去計(jì)算。因?yàn)楦鶕?jù)我這段時(shí)間的測(cè)試，穩(wěn)態(tài)計(jì)算出現(xiàn)質(zhì)量不守恒的問題非常突出。尤其是必須采用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的那些場(chǎng)景，一但采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算，隨著迭代步數(shù)的增加，就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量不守恒的問題，這可能是因?yàn)榉€(wěn)態(tài)計(jì)算（選擇穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)，不可用顯式Explicit算法，只能用隱式implicit算法）在求解體積分?jǐn)?shù)方程時(shí)，當(dāng)前時(shí)間步下單元體內(nèi)的體積分?jǐn)?shù)是其他量的函數(shù)，它不依賴于上一個(gè)時(shí)間步的體積分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致隨著迭代的進(jìn)行，體積分?jǐn)?shù)會(huì)不斷變化，無法穩(wěn)定下來。（參考fluent manual中 the implicit formulation的理解，不一定對(duì)。）

2、確定了第一步問題適用的求解類型后，需要設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)（假設(shè)所有情形都用非穩(wěn)態(tài)進(jìn)行計(jì)算）

第一、如果采用隱式非穩(wěn)態(tài)計(jì)算（implicit可以采用非穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)求解，但Explicit只能用非穩(wěn)態(tài)），時(shí)間步長(zhǎng)可以設(shè)置的很大（從0.00001s到s級(jí)都可以設(shè)置），默認(rèn)的courant number約為200（記不清了），這樣在計(jì)算長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)的兩相流問題時(shí)有很大優(yōu)勢(shì)，能在較短時(shí)間內(nèi)出來幾個(gè)小時(shí)的流動(dòng)分布結(jié)果，但是較大的時(shí)間步，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)質(zhì)量不守恒，除非你不關(guān)心質(zhì)量守恒（比如研究是時(shí)開口流動(dòng)問題），可以采用這種方法。如果比較看重質(zhì)量守恒問題，可以嘗試調(diào)小時(shí)間步長(zhǎng)到0.0001或者更小。

第二、如果采用顯示非穩(wěn)態(tài)計(jì)算，courant number默認(rèn)值為2，可以采用自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置時(shí)間步。如果調(diào)大courant number（可以調(diào)至200），對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)會(huì)增大，總的計(jì)算時(shí)間會(huì)縮短，但是，計(jì)算很容易發(fā)散，即使不發(fā)散，計(jì)算過程也會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量不守恒的現(xiàn)象。

3、在設(shè)置兩相流動(dòng)界面計(jì)算方式的時(shí)候，慎重選擇Dispersed、sharp等選項(xiàng)，我算的這些方案表明，它對(duì)質(zhì)量守恒影響不大，但是對(duì)系統(tǒng)密度和體積分?jǐn)?shù)分布影響較大。

總之一句話：多相流仿真如果出現(xiàn)質(zhì)量不守恒問題，不管是VOF還是Mixture模型，盡量改成Explicit+sharp+自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)試試，courant number保持默認(rèn)值2，不要調(diào)大，調(diào)大還是不守恒。

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