含表面活性剂液滴撞击相场模拟的能量稳定方法
流体动力学
2022-12-20 v1
摘要
本文致力于存在表面活性剂时液滴在固体基底上撞击的数值研究。我们在能量变分框架中表述该问题，并引入不可压缩Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统用于两相流的相场建模。采用Flory-Huggins势和广义Navier边界条件来考虑可溶性表面活性剂与运动接触线。基于凸分裂和压力稳定技术，我们为该模型开发了无条件能量稳定格式。对一阶格式严格证明了原始能量的离散能量耗散定律。数值方法在三维柱坐标且具有轴对称性下使用有限差分法实现。利用所提方法，我们在一系列数值实验中系统研究了洁净液滴与污染液滴（含表面活性剂）的撞击动力学。一般而言，污染液滴撞击动力学中的耗散小于洁净情形，且污染液滴更易发生拓扑变化。添加表面活性剂可显著影响撞击现象，导致亲水表面附着效应增强以及疏水表面飞溅。也获得了一些与实验的定量一致结果。
引用
@article{arxiv.2212.08845,
title = {Energy stable methods for phase-field simulation of droplet impact with surfactants},
author = {Chenxi Wang and Ming-Chih Lai and Zhen Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.08845},
year = {2022}
}