面向含牛顿或非牛顿复杂流体的多相（n 相）流的开源有限体积求解器
流体动力学
2022-03-21 v1 计算物理
摘要
本文提出两个新的控制体积求解器 multiFluidInterFoam 与 rheoMultiFluidInterFoam，分别用于模拟牛顿与非牛顿 n 相流，并完整考虑各相的界面张力与接触角效应。multiFluidInterFoam 求解器改进了 OpenFOAM 所提供的常规 multiphaseInterFoam 求解器在牛顿流中的若干关键方面，提升了其效率与鲁棒性，更重要的是显著提高了其在表面张力驱动流中的精度。新求解器采用基于 MULES 方法的流体体积（VOF）法与人工界面压缩进行界面捕捉，结合合适的连续表面力模型；即采用界面张力系数分解法处理相间的界面张力配对。还通过对体积分数分布施加拉普拉斯滤波器实现 VOF 平滑。rheoMultiFluidInterFoam 求解器能够完整考虑所涉及液体的复杂非牛顿效应（如屈服应力、黏弹性等）。为此，所开发的求解器集成了 RheoTool 工具箱（Pimenta 与 Alves（2017）J. Non-Newtonian Fluid Mech. 239, 85-104），利用大量适用于建模具复杂流变学不同类型流体的本构方程。我们的求解器针对广泛的不同流动设置进行了测试，考虑了典型的基准两相与三相加流；涉及牛顿、黏塑性及黏弹性液体的流动均被考虑。与解析解或已发表数值数据的比较清晰展示了新求解器高效且精确模拟简单与复杂液体中界面张力主导的三相流的能力。
引用
@article{arxiv.2203.09870,
title = {Open-source finite volume solvers for multiphase (n-phase) flows involving either Newtonian or non-Newtonian complex fluids},
author = {Chris Dritselis and George Karapetsas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.09870},
year = {2022}
}