面向锐利、保持结构的双速度两相流模型:质量与动量输运
数值分析
2022-09-30 v1 数值分析
摘要
对流占优高密度比两相流的数值模拟面临若干挑战,其中包括分辨界面处相对较薄的剪切层。为此,我们提出两相 Navier-Stokes (NS) 方程双速度模型的锐利离散化。这通过允许沿界面切向存在速度间断,得以对剪切层进行建模而非解析之。本文我们关注此类速度间断下的质量与动量输运。我们提出将维数非分裂几何体积-of-流体(VOF)方法推广至双速度表述中的界面平流。推导了关于供体区域构造的充分条件,以确保维数非分裂平流方法中体积分数的有界性。我们提出对维数非分裂几何 VOF 方法所得质量通量进行插值以平流交错动量场,从而实现半离散能量守恒。将动量除以相应质量以获得速度,对于近乎空的控制体并非总是良定义的,因此在动量通量插值构造中需谨慎:我们提出的通量插值子保证该除法始终良定义且不过度耗散。除新提出的双速度模型外,我们还详述了双相 NS 方程单速度表述的精确守恒(各相质量与总线性动量)实现,以作比较。离散化方法使用经典时间可逆流场验证,本文中平流与 NS 求解器解耦,后者将于后续论文开发。
引用
@article{arxiv.2209.14934,
title = {Towards a sharp, structure preserving two-velocity model for two-phase flow: transport of mass and momentum},
author = {Ronald A. Remmerswaal and Arthur E. P. Veldman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.14934},
year = {2022}
}