相场方法在锯齿表面上基于能量的平衡接触角边界条件
流体动力学
2017-11-17 v1
摘要
我们考虑一种基于能量的边界条件，用于在体素集型计算域上为Cahn-Hilliard-Navier-Stokes相场模型施加平衡润湿角。这些计算域通常源自多孔岩石的micro-CT成像，并以特定分辨率逼近一个（微米尺度上）光滑区域。垂直于主轴的平面自然地由一层体素逼近。然而，其他方向的平面与曲面通过体素产生锯齿状/粗糙的表面逼近。对于标准的Cahn-Hilliard公式，其中扩散界面与区域边界（流-固界面/壁面）之间的接触角为90度，锯齿表面对接触角没有影响。但是，在锯齿体素表面上规定的小于或大于90度的接触角会在任一方向上被放大。作为补救，我们提出为每一个流-固体素面引入表面能修正因子，以抵消体素集表面积与底层光滑表面积之间的差异。模型方程的离散采用间断Galerkin方法，然而所提出的修正表面能的半解析方法同样适用于其他直接数值方法，如有限元、有限体积或有限差分，因为修正因子出现在模型的强形式中。
引用
@article{arxiv.1711.05815,
title = {An energy-based equilibrium contact angle boundary condition on jagged surfaces for phase-field methods},
author = {Florian Frank and Chen Liu and Alessio Scanziani and Faruk O. Alpak and Beatrice Riviere},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.05815},
year = {2017}
}