具有毛细效应自然施加的流体流动模拟有限元框架
流体动力学
2017-11-28 v1 计算物理
摘要
毛细现象涉及许多工业过程,特别是那些涉及复合材料制造的工艺。然而,其建模仍然具有挑战性。因此,提出了一个有限元框架以更好地研究这一复杂问题。建立了液-气 Stokes 系统的变分形式,而固体基底通过边界条件来描述。在液-气、液-固和气-固界面上表达 Laplace 定律的弱形式,可自然施加湿润线上的力学平衡,而无需显式地施加接触角本身。该力学问题通过有限元离散化,速度和压力均取线性,并采用变分多尺度方法稳定,包括压力空间富集的可能性。运动界面由 Level-Set 方法捕捉,并结合针对压力场和水平集场的网格自适应技术。我们的方法能够以所需精度模拟 2D 和 3D 毛细驱动流动:液滴铺展、液滴聚并、毛细上升。在每种情况下,速度、压力和接触角方面预期的平衡状态均能达到。
引用
@article{arxiv.1711.09722,
title = {Finite element setting for fluid flow simulations with natural enforcement of capillary effects},
author = {Julien Bruchon and Yujie Liu and Nicolas Moulin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.09722},
year = {2017}
}