多组分流体混合物可压缩涨落流体力学的交错格式
流体动力学
2023-01-31 v2 统计力学
计算物理
摘要
我们提出了一种数值格式，用于求解带热涨落的非等温可压缩 Navier-Stokes 方程，以描述多组分流体混合物中的介观输运现象。我们数值方法的创新之处在于使用交错网格动量，并对热力学变量采用有限体积离散，以求解所得的随机偏微分方程。该数值格式的主要优势在于大幅简化并紧凑离散了扩散与随机动量通量，以及对涉及压力的边界条件给出了明确的设定。与 Balakrishnan \emph{et al.} [Phys. Rev. E 89, 013017 (2014)] 先前描述的同位格式相比，交错网格格式更准确地再现了气体混合物中流体力学涨落的平衡静态结构因子。该数值方法在各种非平衡条件下（如施加的热梯度和浓度梯度）对理想稀有气体混合物进行了测试，以评估交叉扩散效应（如 Soret 和 Dufour 效应）对流体力学涨落长程关联的影响，这些关联也比同位格式更准确地被再现。我们数值研究了由浓度梯度驱动的巨型非平衡涨落，以及气体混合物中涨落驱动的瑞利-泰勒不稳定性。在适用之处，与理论和直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法的测量结果均观察到极好的一致性。
引用
@article{arxiv.2209.11292,
title = {Staggered Scheme for the Compressible Fluctuating Hydrodynamics of Multispecies Fluid Mixtures},
author = {Ishan Srivastava and Daniel R. Ladiges and Andy J. Nonaka and Alejandro L. Garcia and John B. Bell},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.11292},
year = {2023}
}
备注
accepted version; published in Phys. Rev. E