热毛细流中心矩相场格子 Boltzmann 模型的开发：液滴捕获与计算性能
流体动力学
2024-01-09 v1 数值分析
数值分析
摘要
本研究开发了一种具有模拟热毛细流能力的计算高效的相场格子 Boltzmann 模型。该模型被集成到开源模拟框架 waLBerla 中，并扩展为使用中心矩执行碰撞阶段。多相模型与被动标量热 LB 以及能量方程的 RK 解相耦合，以解析温度相关的表面张力现象。针对被动标量 LB 测试了多种格子模板 (D3Q7, D3Q15, D3Q19, D3Q27)，并研究了二阶和四阶 RK 方法。在 LB 或 RK 方案的准确性方面未观察到显著差异。被动标量 D3Q7 LB 离散化倾向于提供计算优势，而二阶 RK 方案在内存使用上更优。本文在热毛细流建模以及理解类似于热镊子的热源下液滴捕获行为方面做出了贡献。我们确定了文献中的四个主要贡献。首先，提出了一种新的三维热毛细流中心矩相场 LB 模型，并在开源软件 waLBerla 中实现。其次，研究了解析多相不可压缩流体能量方程的各种技术的准确性和计算性能。第三，研究了存在热源时的动态液滴输运行为，并提供了基于局部区域加热操纵液滴潜在能力的见解。最后，展示了计算性能的简明分析以及在 NVIDIA 和 AMD GPU 集群上近乎完美的扩展结果。这项研究使得在热毛细流装置中详细研究液滴操纵和控制成为可能。
引用
@article{arxiv.2401.03041,
title = {Development of a central-moment phase-field lattice Boltzmann model for thermocapillary flows: Droplet capture and computational performance},
author = {Markus Holzer and Travis Mitchell and Christopher R. Leonardi and Ulrich Ruede},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.03041},
year = {2024}
}