Liquid-gas flows that involve compressibility effects occur in many engineering contexts, and high-fidelity simulations can unlock further insights and developments. Introducing several numerical innovations, this work details a collocated, volume-of-fluid, finite volume flow solver that is robust, conservative, and capable of simulating flows with shocks, liquid-gas interfaces, and turbulence. A novel hybrid advection scheme provides stability while minimizing dissipation. An unsplit semi-Lagrangian method provides the robustness and precision to handle discontinuities in the flow, and a centered scheme eliminates numerical kinetic energy dissipation elsewhere, allowing accurate simulation of turbulence. A pressure projection scheme makes multiphase compressible simulations much less costly, and formulating this projection as incremental reduces numerical dissipation further. Local relaxation to mechanical equilibrium is used to properly solve for the pressure and energy fields in multiphase contexts. Within this framework, a consistent methodology for implementing multiphase pressure projection is derived, including surface tension. The complete algorithm is validated with benchmark tests in one, two, and three dimensions that evaluate the accuracy and stability of the approach in predicting compressible effects, turbulent dissipation, interface dynamics, and more through comparisons with theory, experiments, and reference simulations. Finally, the utility of the numerical approach is demonstrated by simulating an atomizing liquid jet in a Mach 2 crossflow.

涉及可压缩性效应的液-气流动发生在许多工程环境中，高保真模拟可以解锁进一步的见解和发展。这项工作引入了多项数值创新，详细介绍了一个并置的流体体积有限体积流量求解器，该求解器稳健、保守，并且能够模拟具有冲击、液-气界面和湍流的流动。一种新颖的混合平流方案提供稳定性，同时最大限度地减少耗散。未分割的半拉格朗日方法提供了处理流动不连续性的稳健性和精度，而居中方案消除了其他地方的数值动能耗散，从而可以准确模拟湍流。压力投影方案使多相可压缩模拟的成本大大降低，并将此投影制定为增量可进一步减少数值耗散。机械平衡的局部松弛用于正确求解多相环境中的压力和能量场。在此框架内，导出了实施多相压力投影的一致方法，包括表面张力。完整的算法通过一、二和三个维度的基准测试进行验证，这些测试通过与理论、实验和参考模拟的比较来评估该方法在预测可压缩效应、湍流耗散、界面动力学等方面的准确性和稳定性。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。机械平衡的局部松弛用于正确求解多相环境中的压力和能量场。在此框架内，导出了实施多相压力投影的一致方法，包括表面张力。完整的算法通过一、二和三个维度的基准测试进行验证，这些测试通过与理论、实验和参考模拟的比较来评估该方法在预测可压缩效应、湍流耗散、界面动力学等方面的准确性和稳定性。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。机械平衡的局部松弛用于正确求解多相环境中的压力和能量场。在此框架内，导出了实施多相压力投影的一致方法，包括表面张力。完整的算法通过一、二和三个维度的基准测试进行验证，这些测试通过与理论、实验和参考模拟的比较来评估该方法在预测可压缩效应、湍流耗散、界面动力学等方面的准确性和稳定性。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。导出了实施多相压力投影的一致方法，包括表面张力。完整的算法通过一、二和三个维度的基准测试进行验证，这些测试通过与理论、实验和参考模拟的比较来评估该方法在预测可压缩效应、湍流耗散、界面动力学等方面的准确性和稳定性。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。导出了实施多相压力投影的一致方法，包括表面张力。完整的算法通过一、二和三个维度的基准测试进行验证，这些测试通过与理论、实验和参考模拟的比较来评估该方法在预测可压缩效应、湍流耗散、界面动力学等方面的准确性和稳定性。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。以及更多通过与理论、实验和参考模拟的比较。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。以及更多通过与理论、实验和参考模拟的比较。最后，通过模拟 2 马赫交叉流中的雾化液体射流，证明了数值方法的实用性。