自由界面与保守 Allen-Cahn 相场格子 Boltzmann 方法的比较
流体动力学
2022-11-28 v2 计算物理
摘要
本研究比较了自由界面格子 Boltzmann 方法（FSLBM）与保守 Allen-Cahn 相场格子 Boltzmann 方法（PFLBM）在模拟以重相为主导的两相流时的能力。介绍了两种模型，并深入讨论了它们各自的性质、优势与不足。使用两种模型模拟了六个数值基准算例，包括（i）静止重力波与（ii）毛细波、（iii）液体中无约束上升气泡、（iv）圆柱管内 Taylor 气泡，以及（v）液滴竖直和（vi）倾斜落入液池的冲击。将模拟结果与文献中的解析模型或实验数据对比后，得出四点主要观察。首先，所选 PFLBM 能够以合理精度模拟完全由表面张力控制的流动。其次，尖锐界面模型 FSLBM 通常比扩散界面模型 PFLBM 所需分辨率更低，但在静止波这一极限情形下未观察到该现象。第三，在液体中运动气泡的模拟中，FSLBM 以较低计算分辨率准确预测了气泡形状与上升速度。最后，发现 PFLBM 的精度对模型迁移率参数与界面宽度的选取较为敏感。
引用
@article{arxiv.2206.11637,
title = {Comparison of free-surface and conservative Allen-Cahn phase-field lattice Boltzmann method},
author = {Christoph Schwarzmeier and Markus Holzer and Travis Mitchell and Moritz Lehmann and Fabian Häusl and Ulrich Rüde},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.11637},
year = {2022}
}