同是LevelSet技术，国产CFD软件VirtualFlow如何在捕捉气液界面时更精准和高质量守恒？

摘要：本文主要是针对VirtualFlow软件中的LevelSet方法进行介绍，侧重于软件中LevelSet方法的特色及设置参数的背后原理，通过实验对比说明该模型的仿真精度，最后对该模型的应用场景案例进行介绍。

1、VirtualFlow界面流模型

VF中有两种处理界面流的方法，分别是VOF方法和LevelSet方法，两种方法各有千秋，相关的不同与优劣，在本公众号的文章《LMFD应用 | LBM直接求解水平集方程，实现气液/液液两相流模拟》中有详细的介绍，有感兴趣的读者可参考阅读。VirtualFlow中的VOF模型与其他CFD仿真软件是一样的，但是在LevelSet模型上独到之处。与其他商业软件相比，VirtualFlow的LevelSet模型不但可以精确捕捉气液界面，而且可以尽可能的做到了质量守恒。下面对VirtualFlow中LevelSet模型原理和设置进行较为全面的介绍。其LevelSet模型设置的界面如下图所示：

界面宽度系数：

最小单元格大小与界面宽度之间的比率，该系数的大小确定了界面的清晰度。不同的界面宽度系数对交界面清晰度的影响如下图展示，可以很直观的发现，在网格尺寸一定的情况下，该值越小，界面厚度越薄，界面越清晰。但是太小会导致计算的不稳定，一般保持默认值1即可。在VirtualFlow中的LevelSet模型有众多调节参数，其中界面宽度系数对界面清晰度的影响尤其重要。

H函数：用于定义光滑界面区域气体和液体比例的函数类型。在VirtualFlow中提供了三种H函数，分别是Tanh、Linear和Sharp，通常采用默认设置即可。

Delta函数：用于计算界面处Dirac delta函数的方法，它表示为H函数的梯度，通常采用默认设置即可。

Ls Narrowband：此选项对LevelSet函数更新范围相关，如果选定该选项，则LevelSet仅在界面周围的区域进行更新。

表面张力模型：

水等液体会产生使表面尽可能缩小的力，这个力称为“表面张力”，对于表面张力的计算，是在通量方程中添加源相的方式处理的：

采用Continuum Surface Force(CSF)方法来对表面张力源项Fσ建模：