用于 Modeling 带不可溶表面活性剂的界面流动的锐利保守方法
流体动力学
2025-07-15 v1
摘要
不可溶表面活性剂吸附在液-液或气-液界面上会改变界面张力，导致法向应力跳变，生成切向 Marangoni 应力，这些应力可以显著影响流动动力学。我们在 volume-of-fluid 框架中开发了一种三维锐利保守的数值方法，用于 Modeling 不可溶表面活性剂掺杂的界面流动。该方法与 Eulerian 框架中常用的扩散输运算法相对。该方法保持界面零厚度特性，确保对表面活性剂浓度的准确计算，并稳健地处理复杂的拓扑变化。界面演化使用几何 volume-of-fluid 方法捕获，表面活性剂质量锐利地存储在重构界面上。表面活性剂输运方程中的对流项与体积分数几何运输的隐式离散化，从而消除由于实际界面面积与计算界面面积之间的差异导致的数值不一致。此外，扩散项在重构界面上进行离散化，防止界面法向上的人工扩散。基准测试表明，所提出的方法在准确性和收敛性方面优于现有的扩散方法。最后，我们将该方法用于研究携带表面活性剂的升起气泡与垂直墙壁的相互作用，揭示了随着表面活性剂浓度增加，从近墙弹跳到远离墙壁迁移的转变。
引用
@article{arxiv.2507.09680,
title = {A sharp and conservative method for modeling interfacial flows with insoluble surfactants in the framework of a geometric volume-of-fluid approach},
author = {Zhong-Han Xue and Jacques Magnaudet and Jie Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.09680},
year = {2025}
}