热力学一致不可压缩双流体非等温模型的推导及保熵产率高效算法
流体动力学
2023-08-14 v2 数值分析
数值分析
摘要
我们提出了一种热力学一致且非等温的不可压缩双流体新流体动力学模型。该模型遵循广义Onsager原理与Boussinesq近似，并在一致边界条件下保持各流体相体积与正熵产率。为数值求解模型中的控制偏微分方程，我们设计了一组二阶、保体积与保熵产率的数值算法。利用高效自适应时间步策略，我们进行了若干数值模拟。这些模拟准确模拟了双流体中的Rayleigh-Bénard对流，以及温度梯度、重力和界面力作用下两种不互溶流体间的界面动力学。我们的数值结果显示了在具有特定边界条件的矩形计算域中的卷胞图案与热致双流体混合：四周零速度边界条件、侧边界绝热边界条件以及垂直方向施加温差。我们还进行了界面动力学的长时间模拟，证明了我们新结构保持格式的鲁棒性，并揭示了有趣的流体混合现象。
引用
@article{arxiv.2302.07756,
title = {Derivation and Efficient Entropy-Production-Rate-Preserving Algorithms for a Thermodynamically Consistent Nonisothermal Model of Incompressible Binary Fluids},
author = {Shouwen Sun and Liangliang Lei and Qi Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.07756},
year = {2023}
}