【研究前沿】有强烈界面效应的多相流动数值模拟的cut-cell方法_多相流

【研究前沿】有强烈界面效应的多相流动数值模拟的cut-cell方法

CFD饭圈

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这篇文章是2024年发表在《Journal of Computational Physics》。

文中提出的cut-cell方法数值模型和方法能够有效地模拟具有强烈界面效应的多相流，并通过数值实验进行了验证。

1. 研究背景

多相流在自然界和工业应用中无处不在，涉及强烈界面效应的多相流数值模拟对于食品工程中的乳液过程尤为重要。这些过程通常包括在另一种液体中分散小滴液的创建，涉及表面张力、接触角和边界层等强烈界面效应。

2. 研究目标

本研究的目标是提出一种数值模型，用于近似模拟具有自由表面和强烈界面效应的多相流。该模型基于多相不可压缩Navier-Stokes方程，包括表面张力效应、接触角，以及用于跟踪各相和周围空气之间界面和自由表面的体积分数方法。

3. 方法论

数值方法：采用了一种基于算子分裂策略的数值方法，该策略将扩散和对流现象解耦。

空间离散化：采用了双网格方法，利用非结构化有限元网格处理扩散现象，结构化Cartesian网格处理对流现象。

自适应网格细化算法：结合自适应网格细化算法以更好地追踪界面和自由表面，并更精确地近似表面力。

4. 实验验证

数值实验：通过数值实验验证模型，特别是对于乳液问题。

模型验证：在多相流数值模拟中，验证了所提出的数值方法的有效性，特别是在处理乳液过程中。

5. 结果

界面重建：通过多相网格切割算法验证了界面重建的准确性。

界面效应的数值模拟：展示了在不同操作条件下乳液过程的数值模拟结果，包括毛细数和流量比对液滴形成的影响。

来源：CFD饭圈

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