Three-Dimensional Simulation of a Tank Filling With a Viscous Fluid Using the VOF Method

Abstract

This paper presents the results of 3D modeling of a Newtonian fluid flow with a free surface. The PLIC-VOF algorithm, which is developed to solve the problems of two-dimensional fluid flows with a free surface, is generalized to the case of three-dimensional flows. Efficiency of the developed algorithm and reliability of the obtained results are justified by comparing with available data in literature and by testing approximation convergence. Parametric calculations of a rectangular channel filling show that the free surface assumes a steady convex shape over time and then moves along the channel at a constant velocity. As a result of parametric studies, the dependences of geometric characteristics of the free surface shape on problem parameters have been plotted

В настоящей работе представлены результаты моделирования пространственного течения ньютоновской жидкости со свободной поверхностью. Алгоритм PLIC VOF, предназначенный для решения задач о течении жидкостей со свободной поверхностью в двумерной постановке, обобщен на случай пространственных потоков. Работоспособность разработанного алгоритма и достоверность получаемых результатов продемонстрированы путем сравнения с литературными данными и проверкой аппроксимационной сходимости. Параметрические расчеты заполнения канала с прямоугольным сечением показали, что с течением времени свободная поверхность принимает установившуюся выпуклую форму, которая перемещается вдоль канала с постоянной скоростью. В результате параметрического исследования построены зависимости геометрических характеристик формы свободной поверхности от параметров задачи