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物理学 > 计算物理

arXiv:2501.02420 (physics)
[提交于 2025年1月5日 (v1) ,最后修订 2025年7月9日 (此版本, v2)]

标题: 弥散界面两相模拟中气泡和液滴性质的精确计算

标题: Accurate calculation of bubble and droplet properties in diffuse-interface two-phase simulations

Authors:Pranav J. Nathan, Suhas S. Jain
摘要: 在本文中,我们解决了在扩散界面两相流模拟中准确计算液滴/气泡特性(例如,体积、数量)的挑战。 目前,填充算法可能会截断包含在扩散界面区域内的液滴/气泡的显著部分,或人为地将多个液滴/气泡合并。 这种误差还依赖于体积分数截止值,该值通常在填充算法中任意选择为0.5。 我们提出了一种简单的体积校正方法,该方法结合了截断体积的解析近似来校正缺失的液滴/气泡体积。 该方法能够在广泛的体积分数截止值范围内准确恢复分散相体积,且体积误差最小;因此,也可以准确恢复液滴/气泡的数量。 这可以成为准确计算液滴/气泡尺寸分布的有用工具,用于分析以及多尺度建模方法中分散相的欧拉到拉格朗日转换。
摘要: In this paper, we address the challenge of accurately calculating droplet/bubble properties (e.g., volume, number) in diffuse-interface two-phase flow simulations. Currently, flood-fill algorithms can truncate a significant portion of the volume of droplets/bubbles contained within the diffuse interface region or artificially merge multiple droplets/bubbles. This error is also dependent on the volume fraction cutoff value, which is typically chosen to be 0.5 arbitrarily, in the flood-fill algorithms. We propose a simple volume-correction approach that incorporates an analytical approximation of the truncated volume to correct for the missing droplet/bubble volumes. This proposed method results in accurately recovering the dispersed phase volumes with minimal volume error over a wide range of volume fraction cutoff values; and hence, can also accurately recover the number of droplets/bubbles. This can be a valuable tool for accurate calculation of drop/bubble size distributions for analysis and for Eulerian-to-Lagrangian conversion of the dispersed phase in multi-scale modeling approaches.
评论: 21页,19图,发表于《计算物理杂志》
主题: 计算物理 (physics.comp-ph) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2501.02420 [physics.comp-ph]
  (或者 arXiv:2501.02420v2 [physics.comp-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.02420
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Journal of Computational Physics 538 (2025) 114190
相关 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2025.114190
链接到相关资源的 DOI

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来自: Suhas Suresh Jain [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 1 月 5 日 02:05:04 UTC (5,154 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 7 月 9 日 17:37:48 UTC (3,765 KB)
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