A weakly Compressible, Diffuse-Interface Model for Two-Phase Flows

doi:10.1007/s10494-020-00164-8

A weakly Compressible, Diffuse-Interface Model for Two-Phase Flows

2020-06-09

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DOI：10.1007/s10494-020-00164-8

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摘要我们提出了一种新型两相界面流数学模型。该模型基于熵阻尼人工可压缩性（EDAC）模型，并与一种用于界面捕捉的一流体形式的弥散界面（DI）变体相结合。所提出的EDAC-DI模型守恒质量和动量。我们确定了模型参数的适当值，特别是数值界面宽度、界面迁移率和声速。EDAC-DI控制方程属于混合抛物-双曲型。对于此类模型，局部空间离散格式与显式时间积分相结合，提供了便捷的数值处理方式，同时便于求解算法的直接高效并行化。弱可压缩的流动建模方法虽然在计算上具有优势，但引入了一些在真正不可压缩的界面流方法中不存在的困难。这些问题在文中详细讨论。我们提出了一种稳健的数值求解方法，该方法显著限制了界面的虚假变形，并实现了流场无振荡的行为。在单个稳态水滴浸没于气体中的情况下，对EDAC-DI求解器进行了定量验证。界面两侧的压强跃变与理论预测结果吻合良好。随后，研究了在两种选定的碰撞模式下二元液滴的聚并和破碎过程。拓扑变化被正确求解，且无数值副作用。由于控制方程的刚度（由有限的声速和界面扩散项引起）而产生的计算成本，可通过大规模并行执行求解器来克服。当我们的EDAC-DI代码在单个桌面型图形处理器（GPU）上运行时，实现了极具吸引力的短计算时间。

A weakly Compressible, Diffuse-Interface Model for Two-Phase Flows

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