使用Cahn-Hilliard / Navier-Stokes耦合模型对Rayleigh-Taylor不稳定性的二维与三维模拟
流体动力学
2021-01-05 v1 软凝聚态物质
斑图形成与孤子
摘要
我们报道了不互溶流体中Rayleigh-Taylor不稳定性的二维与三维数值模拟。采用了一个扩散界面模型，其结合了控制一种流体体积分数演化的Cahn-Hilliard方程与控制整体速度与压力的Navier-Stokes方程。由于使用了Boussinesq近似，研究限于低阿特伍德数。代码基于伪谱方法。首先在Rayleigh-Taylor不稳定性的二维情形中进行线性分析，以确认该模型在无粘或有粘流体情形下均能很好捕捉此现象。本工作的一个关键方面是对与Cahn-Hilliard方程相关的热力学参数（界面厚度与迁移率）的影响进行了定量研究。随后给出粘滞流体中Rayleigh-Taylor不稳定性的三维结果以展示该建模的可能性。我们观察到初始单模扰动的粘滞率与波长对非线性 regime 中质量输运的影响。
引用
@article{arxiv.2012.06298,
title = {Two- and Three-Dimensional Simulations of Rayleigh-Taylor Instabilities Using a Coupled Cahn-Hilliard / Navier-Stokes Model},
author = {Raphael Zanella and György Tegze and Romain LeTellier and Hervé Henry},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.06298},
year = {2021}
}
备注
12 pages 13 figures. The following article has been submitted to Physics of Fluids