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凝聚态物理 > 统计力学

arXiv:2505.23647 (cond-mat)
[提交于 2025年5月29日 ]

标题: 多相格子玻尔兹曼中界面物理的高阶调节

标题: Higher-order Tuning of Interface Physics in Multiphase Lattice Boltzmann

Authors:Matteo Lulli, Emily S. C. Ching
摘要: 调节多相模型的界面性质对于最终实现与成核和空化实验的一一对应至关重要。 表面张力(在主阶项)以及在更高阶项下的 Tolman 长度,在估算决定实验观测到的成核速率的自由能垒时起着至关重要的作用。 格子玻尔兹曼方法允许对多相流进行计算高效的建模方法,然而,调节结果仅关注表面张力而忽略了 Tolman 长度。 我们提出了一种新颖的视角,利用了 Shan-Chen 多相模型强制模板中隐藏的所有自由度。 通过晶格压力张量,我们在恒定界面宽度和密度比的情况下确定并调节了与表面张力和 Tolman 长度相关的高阶导数项的系数。 我们通过静水和动态模拟测试了该方法,并展示了均匀成核速率对 Tolman 长度值的依赖性。 这项工作提供了一种新的工具,可以与之前存在的策略集成,从而标志着向相变流体力学高保真建模迈出了一步。
摘要: Tuning the interface properties of multiphase models is of paramount importance to the final goal of achieving a one-to-one matching with nucleation and cavitation experiments. The surface tension, at the leading order, and the Tolman length, at higher order, play a crucial role in the estimation of the free-energy barrier determining the experimentally observed nucleation rates. The lattice Boltzmann method allows for a computationally efficient modelling approach of multiphase flows, however, tuning results are concerned with the surface tension and neglect the Tolman length. We present a novel perspective that leverages all the degrees of freedom hidden in the forcing stencil of the Shan-Chen multiphase model. By means of the lattice pressure tensor we determine and tune the coefficients of higher-order derivative terms related to surface tension and Tolman length at constant interface width and density ratio. We test the method by means of both hydrostatic and dynamic simulations and demonstrate the dependence of homogeneous nucleation rates on the value of the Tolman length. This work provides a new tool that can be integrated with previously existing strategies thus marking a step forwards to a high-fidelity modelling of phase-changing fluid dynamics.
评论: 27页,10幅图
主题: 统计力学 (cond-mat.stat-mech) ; 细胞自动机与格子气体 (nlin.CG); 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2505.23647 [cond-mat.stat-mech]
  (或者 arXiv:2505.23647v1 [cond-mat.stat-mech] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.23647
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Matteo Lulli Dr [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 5 月 29 日 16:58:03 UTC (11,491 KB)
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