XFlow多相流中一个质量积分的问题

先介绍下背景：最近有位学生使用XFlow，感觉碰到了一个非常奇怪的问题，在用XFlow中的多相流模型研究水射流时，发现进出口质量不在一个数量级上，或者说质量不守恒，或许是XFlow的一个bug？ 

初始拿到问题的时候，CAE从业者也很纳闷。但心里还是坚持XFlow应该不会犯这么低级的错误，否则XFlow就别在市面上混了。既然选择相信XFlow没问题，那么就得查证这位学生的模型问题到底出在哪里。

来看一下这个水射流模型。

几何是一个很简单的组合直管道，包含一小段圆柱管和一大段方管，基本尺寸：圆柱段直径1mm，长度4mm；方管段边长3mm，长度20mm。

边界条件也很常规：左边端面inlet速度进口，15m/s；右边端面压力出口，表压0。

仿真后的视频动画是这样子的：

动画看起来也没有什么异常，可是在列出进出口的mass flow的时候，却是下面这样：

入口的mass flow是正常的，如下：

出口的mass flow却是这样：

看起来出口的质量流和入口的质量流确实差了数量级。出入口的质量流是如下的定义，是一个定积分，根据公式，在射流经过出口后，出入口的质量流确实应该至少在同一个数量级上。

那么小伙伴们可能会问了：是不是仿真时间太短了导致还没稳定下来？可以告诉大家的是，这个案例会和仿真时间没有关系，因为该案例的仿真入口速度15m/s，仿真时间2ms，射流已经流出出口，从仿真动画也可以看出射流已经流出出口。

那么问题会出在哪里呢?

仔细看一下动画的每一帧，以最后一帧为例：

发现了什么问题？射流的尾流怎么没有严格地经过几何出口呢？

再来看原始模型设置，原来使用了自适应加密，却没有使用尾流长度控制，而XFlow在默认的情况下，在没有尾流长度控制的时候，至少会在流体的边界处保留一层格子，所以射流的尾流并没有严格地经过几何出口。从中间切面的最后一帧地格子分布也可以看出来。

解决办法也很简单，就是利用尾流长度控制把整个长度包含在尾流控制长度里。当然，如果不关心出口的质量流，上述设置也没有问题。或者CAE从业者教给大家另外一种处理方式：复制一个出口面到尾流经过的区域内，并设置用户自定义域函数。如下图所示，重新计算后，复制面的质量流就和进口面接近相同了（为什么不严格相同，大家想一想？可留言回复讨论）。

既然谈到了质量流问题，再继续沿着这个话题深入探讨一下XFlow多相流中总质量overall mass的问题。

还拿上述水射流案例为例，overall mass如下所示：

可能又会有小伙伴会问：为什么总质量是一直线性增加的呢？

CAE从业者和大家一起探讨一下。

XFlow对overall mass并没有详细的说明，只有下面一个积分公式。所以严格说来我们并不知道XFlow是怎么计算overall mass的。

但这并不妨碍去我们去探究XFlow算法的真相。从上述射流案例的总质量曲线来推断，对于多相流，XFlow计算的overall mass应该是所有经过流体域的多相的总质量，随着时间是增加的，并非固定流体域中的瞬时质量。

验证方法如下：设置用户自定义域函数，vof*第一相密度 （1-vof）*第二相密度，或者直接将域函数定义为rho,然后定义体积分即可计算总质量，与XFlow自身计算的overall mass进行对比即可。这个验证方法交给感兴趣的小伙伴们自己研究吧。

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