【多相流沸腾01】运动界面追踪技术

相信不少CFDer对多相流动与传热这一名词并不陌生。多相流动与传热，简单地说，就是具有两种或两种以上相的流动与传热过程。

气泡上升过程的实验与模拟结果对比

对于多相流动与传热问题的数值模拟而言，因为相界面一直在运动，而且相界面两侧流体性质不同。因此，关于运动相界面的追踪是一个重要却又棘手的问题。到目前为止，已经有不少人提出了一些行之有效的运动界面追踪技术。

常用多相流运动界面追踪技术

其中相场方法、VOF以及LS方法在CFD计算中应用最为广泛，是近年来最为常见的方法，而耦合方法CLSVOF以及VOSET则主要用于一些对精度要求较高的计算。

下面我们将对这几种方案的整体求解思路（以两相流为例）进行总结。

总得来说，这几种方法的求解思路都是使用一个函数φ来标记相界面，其中函数φ是位置r以及时间t的函数。

比如说，VOF方法就是使用流体体积函数来标记相界面，而LS方法就是使用LS函数来标记相界面。（大家先不要着急管这个是什么，今后我们会详细分析。）

VOF方法，流体体积函数介于0和1之间表示相界面

当然，由于相界面是不断移动的，函数φ的分布在随着时间不断变化，因此还需要一个描述函数φ运动的微分方程。

当然，方法不同，微分方程的表达式自然也不同。一般而言，该微分方程主要包含了φ以及φ关于时间和位置的导数，用一个通用形式来表示就是

通过求解这个方程，就可以获得函数φ随时间t以及位置r的变化规律。

获得函数φ之后，则可以使用函数φ，对两种相的密度和粘度进行平均，得到连续性方程和动量方程中整场通用的密度ρ和粘度μ。

此外，对于相界面处存在表面力Fs（比如说表面张力）的情况，还需要使用CSF模型（具体是啥，我们以后也会详细介绍）将表面力Fs转换为相界面附近的体积力Fv，转化过后得到的体积力表达式也是关于函数φ的表达式。

有了以上的准备工作，两相流的求解过程就可以按照单相流动的求解思路进行了。