基于能量的表面张力模型在二阶相场法两相流模拟中的评估
流体动力学
2022-12-14 v2 数值分析
数值分析
计算物理
摘要
二阶相场模型已成为捕捉两相流中界面平流的一个有吸引力的选择。在此之前，基于Cahn-Hilliard方程(一个四阶方程)的最先进模型允许通过热力学论证推导表面张力模型。相比之下，二阶相场模型不遵循已知的能量定律，利用热力学论证为这些模型推导表面张力项并不直接。本工作中，我们论证了Cahn-Hilliard背景下的基于能量的表面张力模型同样可被二阶相场模型采用，并评估其性能。我们在三种不同的二阶相场方程上测试该表面张力模型：Chiu和Lin的守恒扩散界面模型[1]，以及基于Sun和Beckermann改进的Allen-Cahn方程的两个模型[2]。此外，我们将基于能量的模型与连续表面力(CSF)模型的局部化变体联系起来。通过典型测试，我们说明了与常和二阶相场方法联用的流行选择CSF模型及其局部化版本相比，基于能量的表面张力模型具有更小的伪流幅度、更好的精度与更优的收敛性。重要的是，在计算开销与并行效率方面，基于能量的模型相比CSF模型无额外代价。
引用
@article{arxiv.2205.05835,
title = {Assessment of an energy-based surface tension model for simulation of two-phase flows using second-order phase field methods},
author = {Shahab Mirjalili and Makrand A Khanwale and Ali Mani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.05835},
year = {2022}
}
备注
13 pages, 5 figures, Revision submitted to Journal of Computational Physics