一、先分清：什么叫“分离”两相流
在 COMSOL 的语境里，只要两相各自占据连续且清晰的空间，中间只出现一条或有限条可辨识的界面，就叫分离（separated）两相流。典型场景：
- 微通道里一段水柱被油柱推着走；
- 液膜沿壁面下滑，气体在中心 core 区域；
- 毛细管出口尚未破裂的液射流。
一旦液滴开始破裂、合并，拓扑结构瞬间爆炸，就滑入“分散”范畴，必须改用水平集/相场。今天的主角是只能留在“分离”区间的三套方法：
- 水平集（Level Set）
- 相场（Phase Field）
- 动网格（Moving Mesh）
二、一张表看差异
| 维度 | 水平集 | 相场 | 动网格 |
|---|---|---|---|
| 界面厚度 | 人为设定 ε（通常 2–3 单元） | 人为设定 ε + 迁移率 M | 零厚度，网格即界面 |
| 拓扑变化 | ✅ 自动破裂/合并 | ✅ 自动破裂/合并 | ❌ 不允许（网格撕裂直接报错） |
| 表面张力 | 连续表面力 CSF | 同左，能量泛函更守恒 | 直接在边界加力，精度最高 |
| 守恒性 | 质量略漂移 | 能量+质量守恒最好 | 质量绝对守恒 |
| 计算量 | 中 | 中 | 最小（二维可省 50 %） |
| 参数门槛 | γ 重初始化参数 | M 迁移率要调 | 几乎零参数，但需手动给接触角 |
| 模块归属 | CFD / 微流体 | CFD / 微流体 | 仅微流体 |
| 典型应用 | 液滴破裂、射流、T 型乳液 | 微流控、表面张力主导、需守恒 | 无破裂：液膜、弯月面、毛细上升 |
三、实战选型 3 句口诀
- “会断”→ 直接排除动网格 只要预判液柱会断成滴，动网格就会因为“边界无法分裂”而崩溃 。
- “要守恒”→ 先相场再水平集 相场把界面嵌入自由能泛函，能量守恒最好，适合表面张力 < 0.1 N m⁻¹ 的微尺度 。
- “只求快”→ 先动网格再转场 二维液膜、无破裂毛细上升，先用动网格跑粗网格，5 min 出结果，再决定是否转场方法 。
四、调参黑名单 & 灰名单
| 方法 | 灰名单（要调但好办） | 黑名单（一错算到崩溃） |
|---|---|---|
| 水平集 | ε = hmax/2，γ = umax | 入口边界放在 φ=0.5 区 → 不收敛 |
| 相场 | ε 同上，M≈2umaxhmax/(3√2σ) | M 过大 → 界面“糊”；M 过小 → 时间步爆炸 |
| 动网格 | 光顺系数 0.3–0.5 | 接触角 ≠ 几何初始角 → 第 1 步就飞射 |
五、案例 30 秒对比
T 型微通道生成 50 μm 液滴（Ca = 0.01，二维轴对称）
| 接口 | 自由度 | 生成周期误差 | CPU 时间 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 动网格 | 42 k | 6 % | 0.4 × | 液滴一旦颈缩→ 报错终止 |
| 水平集 | 87 k | 3 % | 1 × | 顺利断裂，质量漂移 < 1 % |
| 相场 | 89 k | 2 % | 1.1 × | 断裂点与实验吻合最好 |
六、一张思维导图（保存即可）
会破裂？
├─ 是 → 动网格❌
│ ├─ 要守恒？
│ │ ├─ 是 → 相场
│ │ └─ 否 → 水平集
└─ 否 → 动网格✅（最快）
七、结语
- 先问“会不会断”，再问“要不要守恒”，最后看“算力够不够”，三句话就能选出 COMSOL 分离两相流的正确接口。
- 入口边界永远放在“单相域”，别让初始界面穿过入口，这是 90 % 不收敛的元凶。
- 把这篇导图存成手机壁纸，下次建模直接对照，再也不用翻 Help 文档！
参考
LeMoine J., Comparison of Two-Phase Numerical Modelling Techniques in Applications with Electrohydrodynamics, 2023.
jishulink 博客，《COMSOL 两相流之水平集法》，2020.
知乎专栏，《COMSOL 中的多相流建模与仿真：第 1 部分》，2021.
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