A three-phase VOF incompressible solver for the simulation of cavitating flows

The present thesis illustates the development of an incompressible single-fluid VOF solver for the simulation of three-phase flows in presence of cavitation, in which two of the phases are miscible. Void fraction transport equations are solved explicitly using a Flux Corrected Transport technique to ensure the boundedness of the solution all over the domain, while an interface compression method between immiscible phases is applied to avoid interface diffusion. According to the proposed cavitation model, appropriate source terms for the void fraction equations are introduced to model the phase change between liquid and vapour phases due to cavitation. The implemented solver is tested against the bubble rising in a liquid column test case in terms of its ability of capturing the interfaces between different phases while maintaining them sharp. In addition, the evolution of a cavitating/condensing liquid column is simulated to assess the conservativeness and boundedness of phase-fractions equations in presence of phase change.

La presente tesi illustra lo sviluppo di un solutore VOF single-fluid incomprimibile per la simulazione di flussi a tre fasi in presenza di cavitazione, in cui due fasi sono miscibili. Le equazioni di trasporto delle void fractions sono risolte esplicitamente attraverso l'utilizzo della tecnica Flux Corrected Transport per garantire la limitatezza della soluzione nell'intero dominio, mentre viene applicato un metodo di compressione tra fasi incomprimibili per evitare la diffusione dell'interfaccia. In base al modello di cavitazione proposto, vengono introdotti termini sorgente appropriati per modellare il cambiamento di fase tra liquido e vapore a causa della cavitation. Il solutore è testato sul caso della bolla in salita in una colonna di liquido in termini della sua abilità di catturare le interfacce tra diverse fasi mantenendolo al contempo definite. In aggiunta, viene l'evoluzione di una colonna di liquid in presenza di cavitazione/condensazione per valutare la conservazione e la limitatezza delle void fractions in presenza di cambiamento di fase.