A 3D Eulerian meshless conservative level set method for two-phase flows with complex geometries

doi:10.1016/j.compfluid.2025.106839

2025-09-23

PRE

Anand Bharadwaj S *

DOI：10.1016/j.compfluid.2025.106839

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本文开发了一种基于守恒型水平集方法的3D欧拉无网格方法，旨在解决具有复杂几何形状的两相流问题。该方法结合了欧拉方法和无网格方法的优点。作为一种欧拉方法，它不需要在每个时间步进行邻域估计；同时，作为一种无网格方法，它不需要域内点之间的网格连接性，从而缓解了网格生成的困难，使点云自适应和复杂几何形状的模拟相对简单。在该方法中，我们使用点云生成算法作为流体求解器的一部分，该算法可在域内发生任何几何变化时用于生成或改变点云。无网格方法基于广义有限差分法（GFDM），该方法使用通过最小二乘误差最小化过程推导出的微分算子。体积分数α的平流方程采用方向通量误差最小化（DFEM）格式。在平流方程的通量重构中使用了5阶WENO格式。为保持界面的清晰度，定期执行界面锐化步骤，从而减少平流步骤中耗散误差引起的质量损失。为进一步提高精度，我们提出采用体积分数函数（α）的卷积在界面附近自适应点云。该方法通过基准测试案例进行了验证。此外，还展示了涉及复杂几何形状的一些流动问题——包括通过具有均匀和随机分布障碍物的多孔腔的流动，以及螺旋锥齿轮铸造中熔融金属的流动。

Keyword:

Meshless methods

Two-phase flows

Directional flux error minimization (DFEM) scheme

Conservative level set method

Point cloud adaptivity

Point cloud generation