Level Set法 — CAE用語解説

レベルセット法は、界面をスカラー関数φ(x,t)のゼロ等値面として表現する方法だ。φ>0が一方の流体、φ<0がもう一方の流体、φ=0が界面。この関数を輸送方程式で時間発展させることで界面の移動を追跡するんだよ。

VOF法は体積分率を使うから質量保存性が良いけど界面がぼやけやすい。レベルセット法は符号付き距離関数を使うから界面がシャープだけど質量保存が苦手。それぞれの弱点を補うCLSVOF（結合手法）もあるよ。

スロッシング（タンク内の液面揺動）、インクジェットの液滴形成、鋳造の湯流れなど。自動車の燃料タンクの急制動時のスロッシングをLevelSetで解析して、燃料ポンプの吸い込み位置を最適化する、なんて使い方があるよ。

長時間の計算だとφの再初期化で質量がドリフトすることがある。対策として定期的にφを符号付き距離関数に戻す再初期化を行うんだ。あるいはVOFと組み合わせて質量保存はVOFに任せ、界面形状の鮮明さはレベルセットで確保する方法もある。

OpenFOAMにはinterIsoFoamというVOF+界面再構築のソルバーがあるから、まずそれで感覚を掴んでみて。