一种高效鲁棒的全马赫一致数值格式：用于模拟含表面张力、空化、湍流模型与界面锐化的可压缩多组分流体并基于紧致模板
流体动力学
2023-04-04 v1
摘要
我们提出一种高效、完全守恒的数值格式，采用单流体四方程方法结合多组分热力学模型，在从高度到弱可压缩流动的整个范围内有效。该方法易于嵌入基于紧致模板的现有有限体积法中，并能处理所有涉及相的可压缩性，包括表面张力、空化与黏性效应。质量分数（指示函数）在两相界面区域使用双曲正切界面捕捉（THINC）代数界面锐化技术进行锐化。质量分数的单元面重构过程在迎风偏置格式与基于 THINC 的格式之间切换，并分别配以适当的斜率限制器与合适的压缩系数。对于额外的亚网格湍流建模，将四阶中心格式连同改进的间断传感器纳入切换过程。所提全马赫黎曼求解器将组分的热力学关系一致地合并到重构热力学变量（如密度、内能）中，因此我们称之为全马赫基于 THINC 的热力学依赖更新（All-Mach THINC-TDU）方法。液相-气相与液相-汽相界面均可被锐化。表面张力效应通过连续表面力（CSF）模型考虑。时间积分采用显式四阶低存储 Runge Kutta 方法。所提方法通过一系列基准案例验证，如气泡振荡、平流、变形、激波-气泡相互作用、汽泡溃灭与多组分剪切流。最后，将该应用于模拟湍流柴油射流的三维初次破碎。
引用
@article{arxiv.2304.00140,
title = {An efficient and robust all-Mach consistent numerical scheme for simulation of compressible multi-component fluids including surface tension, cavitation, turbulence modeling and interface sharpening on compact stencils},
author = {Yu Jiao and Steffen J. Schmidt and Nikolaus A. Adams},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.00140},
year = {2023}
}