VOF 自由液面、表面张力与界面捕捉

VOF 在固定网格上输运各相体积分数，用 0～1 之间的过渡单元表示界面。它适合大尺度连续界面，但无法在网格以下自动保持真实薄膜或液滴分布。

1. 体积分数

每个单元的各相体积分数之和应为 1。界面压缩或几何重构用于减少数值扩散，但过强压缩可能产生锯齿和非物理小液滴。

2. 表面张力

表面张力通过界面曲率产生压力跳跃。曲率对网格噪声敏感，粗糙界面会引起寄生流。毛细主导问题需用足够平滑、近似均匀的界面网格，并考虑毛细时间步限制。

3. 壁面接触

接触角决定界面在固壁处的法向。输入角度需明确从哪一相测量，并区分静态角与推进/后退动态角。微通道中接触角不确定度可能主导结果。

4. 初始化与时间步

用几何区域精确初始化液位，避免大量模糊界面单元。控制界面 Courant 数，使界面每步穿越的单元距离有限；激烈晃荡、破碎和喷溅通常需要更小时间步。

5. 验证

监控每相总体积、液位、压力和界面面积。用静水压力、静态液滴 Laplace 压差、溃坝或晃荡基准检查重力、表面张力和界面输运。

6. 参考资料

1. Hirt & Nichols, “Volume of Fluid Method for the Dynamics of Free Boundaries,” 1981.
2. Scardovelli & Zaleski, “Direct Numerical Simulation of Free-Surface and Interfacial Flow,” 1999.