Применение метода сквозного счета для моделирования несмешивающихся жидкостей c большим поверхностным натяжением
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2024.17.4.41Ключевые слова:
метод функции уровня, несмешивающиеся жидкости, численное моделирование, поверхностное натяжение, метод конечных объемовАннотация
Одно из самых важных преимуществ метода сквозного счета заключается в его способности естественным образом обрабатывать топологические изменения. Вместо явного отслеживания поведения границы раздела сред вводится изоповерхность функции уровня и изучается ее динамика. Это позволяет проводить численное моделирование динамики многофазной жидкости как одной среды с изменяющимися параметрами. Известно, что недостатком метода сквозного счета является возможность появления нефизичных колебаний поля скорости вблизи поверхности раздела сред, возникающих при больших поверхностных силах вследствие погрешности вычисления кривизны поверхности раздела и высоких градиентов других функций в переходном слое. Другой недостаток метода состоит в том, что в ходе моделирования за счет погрешности вычислений масса среды в расчетной области не постоянна. В настоящей работе апробируется несколько модификаций метода сквозного счета, дающих возможность снизить потери масс жидкостей, улучшить сходимость при неявном решении уравнения переноса и уменьшить колебания скорости вблизи границы раздела жидкостей в случае больших значений коэффициента поверхностного натяжения. Предложенные подходы испытаны на решении стандартной тестовой задачи динамики двух несмешивающихся жидкостей.
Скачивания
Библиографические ссылки
Любимов Д.В., Любимова Т.П. Об одном методе сквозного счета для решения задач с деформируемой поверхностью раздела // Моделирование в механике. 1990. Т. 4, № 21. C. 136–140.
Brackbill J.U., Kothe D.B., Zemach C. A continuum method for modeling surface tension // Journal of Computational Physics. 1992a. Vol. 100, no. 2. P. 335–354. DOI: 10.1016/0021-9991(92)90240-Y
Sussman M., Smereka P., Osher S. A Level Set Approach for Computing Solutions to Incompressible Two-Phase Flow // Journal of Computational Physics. 1994a. Vol. 114, no. 1. P. 146–159. DOI: 10.1006/jcph.1994.1155
Sussman M., Fatemi E., Smereka P., Osher S. An improved level set method for incompressible two-phase flows // Computers & Fluids. 1998a. Vol. 27, no. 5/6. P. 663–680. DOI: 10.1016/S0045-7930(97)00053-4
Любимов Д.В., Любимова Т.П., Иванцов А.О., Черепанова А.А. Использование метода сквозного счета для моделирования динамики систем с поверхностями раздела // Вычислительная механика сплошных сред. 2008. Т. 1, № 2. C. 53–62. DOI: 10.7242/1999-6691/2008.1.2.15
Lalanne B., Villegas L.R., Tanguy S., Risso F. On the computation of viscous terms for incompressible two-phase flows with Level Set/Ghost Fluid Method // Journal of Computational Physics. 2015a. Vol. 301. P. 289–307. DOI: 10.1016/j.jcp.2015.08.036
Liu X.- D., Osher S., Chan T. Weighted Essentially Non-oscillatory Schemes // Journal of Computational Physics. 1994a. Vol. 115, no. 1. P. 200–212. DOI: 10.1006/jcph.1994.1187
Huang J., Carrica P.M., Stern F. Coupled ghost fluid/two-phase level set method for curvilinear body-fitted grids // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2007a. Vol. 55, no. 9. P. 867–897. DOI: 10.1002/fld.1499
Gärtner J.W., Kronenburg A., Martin T. Efficient WENO library for OpenFOAM // SoftwareX. 2020a. Vol. 12. 100611. DOI: 10.1016/j.softx.2020.100611
Ferro P., Landel P., Landrodie C., Guillot S., Pescheux M. Optimized reinitialization based level-set method within industrial context. 2024a. arXiv: 2405.20958 [physics.flu-dyn]. URL: https://arxiv.org/abs/2405.20958
Sussman M., Almgren A.S., Bell J.B., Colella P., Howell L.H., Welcome M.L. An Adaptive Level Set Approach for Incompressible Two-Phase Flows // Journal of Computational Physics. 1999a. Vol. 148, no. 1. P. 81–124. DOI: 10.1006/jcph.1998.6106
Fedkiw R.P., Aslam T., Xu S. The Ghost Fluid Method for Deflagration and Detonation Discontinuities // Journal of Computational Physics. 1999a. Vol. 154, no. 2. P. 393–427. DOI: 10.1006/jcph.1999.6320
Terashima H., Tryggvason G. A front-tracking/ghost-fluid method for fluid interfaces in compressible flows // Journal of Computational Physics. 2009a. Vol. 228, no. 11. P. 4012–4037. DOI: 10.1016/j.jcp.2009.02.023
Liu W., Yuan L., Shu C.-W. A Conservative Modification to the Ghost Fluid Method for Compressible Multiphase Flows // Communications in Computational Physics. 2011a. Vol. 10, no. 4. P. 785–806. DOI: 10.4208/cicp.201209.161010a
Vukčević V., Jasak H., Gatin I. Implementation of the Ghost Fluid Method for free surface flows in polyhedral Finite Volume framework // Computers & Fluids. 2017a. Vol. 153. P. 1–19. DOI: 10.1016/j.compfluid.2017.05.003
Voroshilov E.S., Mosina R.M., Gruzd S.A., Ivantsov A.O., Khlybov O.A., Lyubimova T.P., Krivilyov M.D. Capillary effects and consolidation kinetics during selective laser melting of 316L powder // Physics of Fluids. 2024a. Vol. 36, no. 4. DOI: 10.1063/5.0195071
Zhang Y.- T., Shu C.-W. Chapter 5 - ENO and WENO Schemes // Handbook of Numerical Methods for Hyperbolic Problems. Vol. 17 / ed. by R. Abgrall, C.-W. Shu. Elsevier, 2016a. P. 103–122. Handbook of Numerical Analysis. DOI: https://doi.org/10.1016/bs.hna.2016.09.009
Demin V., Petukhov M., Shmyrov A., Shmyrova A. Nonlinear dynamics of the film of an insoluble surfactant during the relaxation to equilibrium // Interfacial Phenomena and Heat Transfer. 2020a. Jan. Vol. 8. P. 261–271. DOI: 10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2020035273
Popinet S., Zaleski S. A front-tracking algorithm for accurate representation of surface tension // International Journal for Numerical Methods in Fluids. 1999a. Vol. 30, no. 6. P. 775–793. DOI: 3.0.CO;2-" >10.1002/(SICI)1097-0363(19990730)30:6<775::AID-FLD864>3.0.CO;2-#
Talat N., Mavrič B., Hatić V., Bajt S., Šarler B. Phase field simulation of Rayleigh–Taylor instability with a meshless method // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2018a. Vol. 87. P. 78–89. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2017.11.015
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
