基于质量-动量-能量一致的流体体积法对可压缩界面多相流的直接数值模拟
流体动力学
2023-11-16 v1
摘要
可压缩界面多相流（CIMF）在不同应用中至关重要，例如超音速推进系统中的液体燃料喷射。由于 CIMF 中的高细节常常难以在实验中测量，数值模拟是揭示不明物理机制的重要替代手段。CIMF 的直接数值模拟（DNS）需要严格分辨激波、界面以及二者之间的相互作用。本研究开发并实现了一种新颖的数值方法。采用几何流体体积（VOF）法来分辨两相之间的锐利界面。密度、动量和能量的平流与 VOF 平流一致地进行。为抑制激波附近的伪振荡，在远离界面的区域基于 Kurganov-Tadmor 方法引入数值扩散。压力的贡献通过投影法纳入，且压力由求解 Poisson-Helmholtz 方程获得，这使得本方法能够处理所有马赫数的流动。本方法通过一系列 CIMF 问题进行了测试。模拟结果对照理论、实验及其他模拟进行了验证，并取得了极佳的一致性。特别地，模拟了具有有限 Weber 数和 Reynolds 数的线性单模 Richtmyer-Meshkov 不稳定性。模拟结果与线性稳定性理论非常吻合，证实了本方法在捕捉激波-界面相互作用中黏性与毛细效应方面的能力。
引用
@article{arxiv.2311.08510,
title = {Direct numerical simulation of compressible interfacial multiphase flows using a mass-momentum-energy consistent volume-of-fluid method},
author = {Bo Zhang and Bradley Boyd and Yue Ling},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.08510},
year = {2023}
}