Thermodynamically consistent phase-field modeling and numerical simulation for reactive two-phase fluid-solid dynamics

Cedric Riethmüller

doi:10.1016/j.cma.2026.119278

Thermodynamically consistent phase-field modeling and numerical simulation for reactive two-phase fluid-solid dynamics

2026-08-01

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DOI：10.1016/j.cma.2026.119278

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我们引入一个耦合的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes模型，用于控制由流体相和固体相组成的系统的反应两相动力学，并证明其热力学一致性。此外，我们提出了一种基于连续有限元方法和半隐式时间步进方法的关联全离散数值方法。我们的主要理论结果表明，在相场变量保持在预定界限内的条件下，全离散方法满足自由能耗散不等式的类似物。数值实验证实了理论发现，并展示了该方法在现实场景中的适用性。在此背景下，我们提供了一种预处理策略，能够在给定初始相分布的锐界面形式的情况下，计算复杂几何形状中的流体流动。此外，我们简要介绍了基于整体和分区求解范式的不同求解策略，并通过比较研究对其进行评估。

Keyword:

Phase-field model

Cahn-Hilliard

Navier-Stokes

Thermodynamic consistency

Solution strategies

Precipitation/dissolution

Thermodynamically consistent phase-field modeling and numerical simulation for reactive two-phase fluid-solid dynamics

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