一种用于含可溶表面活性剂两相流的格子 Boltzmann 与有限差分混合方法
流体动力学
2023-11-28 v1
摘要
本文发展了一种模拟含可溶表面活性剂两相流的混合方法。该方法中，扩散界面形式的界面与体相表面活性剂浓度方程（包含考虑表面活性剂吸附与脱附动力学的源项）由有限差分法在整个流体域求解，而两相流由可准确模拟不等密度双流体的格子 Boltzmann 颜色梯度模型求解。流场与界面表面活性剂浓度场通过修正的 Langmuir 状态方程耦合，该方程允许表面活性剂浓度超过临界胶束浓度。混合方法的能力与精度首先通过模拟三个数值算例得到验证，包括体相表面活性剂向静止液滴界面的吸附、液滴在恒定表面活性剂梯度中的迁移，以及载表面活性剂液滴在简单剪切流中的变形，其中数值结果与理论解及已有文献数据进行了比较。随后，该混合方法被应用于模拟表面活性剂溶液中浮力驱动的气泡上升，其中识别了表面活性剂在不同壁面约束、Eotvos 数与 Biot 数下的影响。研究发现，由于抵抗界面运动的马兰戈尼应力，表面活性剂对气泡上升表现出阻滞效应，且阻滞效应随 Eotvos 数或 Biot 数增大而减弱。我们进一步表明，较高 Biot 数下减弱的阻滞效应归因于界面上表面活性剂非均匀效应的降低。
引用
@article{arxiv.2311.15242,
title = {A hybrid lattice Boltzmann and finite difference method for two-phase flows with soluble surfactants},
author = {Yan Ba and Haihu Liu and Wenqiang Li and Wenjing Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.15242},
year = {2023}
}