扩展流体体积法及其在黏弹性液体中单气泡上升运动中的应用
流体动力学
2020-12-08 v1
摘要
我们发展了一种扩展流体体积法，用于含一个黏弹性相与一个牛顿相系统的两相直接数值模拟。通过对局部瞬时体积方程与界面跳跃条件进行条件体积平均，推导了完备的控制方程集。采用均匀混合模型对体积平均方程进行封闭。在此体积平均表述中出现了额外的界面应力项，这在一般非结构网格的有限体积离散中需特殊处理。提出了一种新颖的数值格式，用于界面应力项二阶精度的有限体积离散。我们证明该格式可在分离求解方法的压力方程中对界面应力与表面张力进行一致处理。鉴于高 Weissenberg 数问题，对黏弹性相的本构方程采用适当的稳定化方法，以提升方法在更高流体弹性下的鲁棒性。为进行实验代码验证，对静止黏弹性流体中上升气泡的瞬态运动进行了直接数值模拟。该方法捕捉到了气泡体积超过临界值时终端上升速度的著名跳跃不连续性。界面应力的表述及其离散的新颖格式，被证实对于定量正确预测终端上升速度的跳跃不连续性至关重要。
引用
@article{arxiv.1806.04063,
title = {An Extended Volume of Fluid Method and its Application to Single Bubbles Rising in a Viscoelastic Liquid},
author = {Matthias Niethammer and Günter Brenn and Holger Marschall and Dieter Bothe},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.04063},
year = {2020}
}