面向滴液冰形成模拟的能量稳定相场模型
流体动力学
2024-12-24 v1
摘要
建立一个用于三相流动的相场模型，通过将Navier-Stokes方程（NS）和能量方程组合，包含Allen-Cahn（AC）方程和Cahn-Hilliard（CH）方程，并在分析上证明其满足能量耗散定律。随后建立有限差分离程离散化该模型，并证明该数值方案是无条件稳定的。基于此方案，对含相变的滴液冰过程进行数值模拟，获得并分析了冰滴尖端。研究了超冷基底温度和环境空气温度对滴液冻结过程的影响。结果表明，滴液尖端形成主要由于在冻结过程中向垂直方向的膨胀；较低的基底温度可加速此过程。空气温度变化对冻结过程的影响相对较小，主要影响其早期阶段。此外，我们的结果表明，冰前沿从大致水平形状过渡到凹面形状。进行了专门的物理实验，测量的固化过程与所提出的相场方法结果吻合良好。
引用
@article{arxiv.2412.16841,
title = {An energy-stable phase-field model for droplet icing simulations},
author = {Zhihua Wang and Lijing Zhou and Wenqiang Zhang and Xiaorong Wang and Shuguang Li and Xuerui Mao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.16841},
year = {2024}
}