From Wikipedia, the free encyclopedia
Volume of fluid-metoden (VOF) er innen numerisk væskedynamikk (engelsk computational fluid dynamics forkortet CFD) en teknikk for modellering av frie overflater på væsker. Det vil si en numerisk teknikk for sporing og lokalisering den frie overflaten, grensesnittet mellom to væsker eller grensesnittet mellom en væske og et bevegelig fast legeme.
Metoden er en Eulersk metoder, som er kjennetegnet ved at elementnettet enten er i ro eller beveger seg for å tilfredsstille varierende grensebetingelser over tid. Metoden sikrer i teorien at massen bevares i systemet under strømningene (adveksjon).
Navier-Stokes-ligningene som beskriver bevegelsene i strømningen, må løses separat. Det samme gjelder for alle andre adveksjonsalgoritmer.
Volume of fluid-metoden består av:[1]
Metoden er basert på såkalte fraksjonsfunksjoner. Det er en skalarfunksjon, definert som integral av en væskes karakteristiske funksjon over volumet til ett kontrollvolum. Volumandelen væske spores gjennom hvert element i elementnettet. Når et element er tomt (uten væske), er verdien av funksjonen null. Når elementet er fullt er funksjonen lik en. Når det er delvis full har en et væske-grensesnitt i elementet, og funksjonen er mellom null og en. Retningen av væske-grensesnittet finnes der verdien av funksjonen endrer seg raskest.
Med denne metoden blir den frie overflaten ikke skarpt definert i enkeltelementene. For å oppnå nøyaktige resultater er en nødt til å dele elementene der funksjonen er mellom null og en, i mindre lokale elementnett.
VOF-metoden er i teorien beregningsvennlig, introduserer bare en ekstra likning, og krever dermed lite lageringsplass. Metoden har sin styrke i å håndtere svært ulineære problemer der den frie overflaten møter skarpe endringer. Den største vanskeligheten er glattingen av den frie overflaten.
Ved to væsker behandler noen overflaten mellom væskene som en grenseflate, mens andre beregner væskestrømningen i begge væskene.[2] Noen svakheter med volume of fluid-formuleringene:[3]
For nøyaktig sporing av skarpe væske-gass-grenseflater er det nødvendig å faktisk behandle grensesnittet som en diskontinuitet.
For å unngå glatting av den frie overflaten, må ligningen løses med minst mulig diffusjon (masse som forsvinner). Da er en svært avhengig av metoden som brukes for å bevare massen (adveksjon). Mens en første ordens motstrømsløsning glatter grensesnittet, vil en tilsvarende medstrømsløsning føre til uberegnelig oppførsel, når strømmen ikke går langs rutenettet. Videre er høyere ordens løsninger ustabile og skaper svingninger.
Gjennom årene er det utviklet en rekke metoder for å bevare massen. Metodene kan grovt deles inn i:
Ved bruk av volume of fluid-metoden kan en analysere bølgekammer som slår inn i dekk på oljeplattformer, fyr og vindmøller. En løser Navier-Stokes-ligningene med et elementnett som forflytter seg med bølgen, og der skalarfunksjonen forteller om elementet er fylt med væske eller ikke. Metoden tillater også at væsken kolliderer med legemer. Metoden har problemer med
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.