The rise of liquid in capillaries, or between two parallel plates as the 2D variant thereof, represents a challenging test case for two-phase flow solvers without a full analytic solution. Four different numerical approaches are compared for the rise of liquid, also providing reference data being of high relevance for capillarity-dominated wetting processes. The used methods are an Arbitrary Lagrangian–Eulerian method (OpenFOAM solver interTrackFoam), a geometric Volume of Fluid code (FS3D), an algebraic Volume of Fluid method (OpenFOAM solver interFoam), and a level-set based extended discontinuous Galerkin discretization (BoSSS). While the transient rise height shows excellent agreement between the different implementations, the velocity fields at the interface demonstrate a different level of local accuracy of the available approaches. Reducing the slip length reduces the overall dynamics of the system, thus yielding a qualitative change in the rise behavior – a behavior that is not covered by simplified ODE models. The obtained rise height results are vailable online: http://dx.doi.org/10.25534/tudatalib-173
Typ des Eintrags: |
Artikel
|
Erschienen: |
2020 |
Autor(en): |
Gründing, Dirk ; Smuda, Martin ; Antritter, Thomas ; Fricke, Mathis ; Rettenmaier, Daniel ; Kummer, Florian ; Stephan, Peter ; Marschall, Holger ; Bothe, Dieter |
Art des Eintrags: |
Bibliographie |
Titel: |
A comparative study of transient capillary rise using direct numerical simulations |
Sprache: |
Englisch |
Publikationsjahr: |
Oktober 2020 |
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: |
Applied Mathematical Modelling |
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: |
86 |
DOI: |
10.1016/j.apm.2020.04.020 |
URL / URN: |
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0307904X20... |
Kurzbeschreibung (Abstract): |
The rise of liquid in capillaries, or between two parallel plates as the 2D variant thereof, represents a challenging test case for two-phase flow solvers without a full analytic solution. Four different numerical approaches are compared for the rise of liquid, also providing reference data being of high relevance for capillarity-dominated wetting processes. The used methods are an Arbitrary Lagrangian–Eulerian method (OpenFOAM solver interTrackFoam), a geometric Volume of Fluid code (FS3D), an algebraic Volume of Fluid method (OpenFOAM solver interFoam), and a level-set based extended discontinuous Galerkin discretization (BoSSS). While the transient rise height shows excellent agreement between the different implementations, the velocity fields at the interface demonstrate a different level of local accuracy of the available approaches. Reducing the slip length reduces the overall dynamics of the system, thus yielding a qualitative change in the rise behavior – a behavior that is not covered by simplified ODE models. The obtained rise height results are vailable online: http://dx.doi.org/10.25534/tudatalib-173 |
Freie Schlagworte: |
Wetting, Capillary rise, Direct numerical simulation, Navier slip, Multiphase flow, Code to code comparison |
Fachbereich(e)/-gebiet(e): |
16 Fachbereich Maschinenbau 16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet für Strömungsdynamik (fdy) 16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet für Technische Thermodynamik (TTD) 16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet für Technische Thermodynamik (TTD) > Grenzflächentransport & komplexe Benetzung DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation > B01: Modellierung und VOF-basierte Simulation der Multiphysik irreversibler thermodynamischer Transferprozesse an dynamischen Kontaktlinien DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation > B02: Direkte Numerische Simulation lokal gekoppelter Grenzflächentransportprozesse an Kontaktlinien bei dynamischen Benetzungsprozessen DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich B: Modellierung und Simulation > B06: Verfahren höherer Ordnung für die direkte numerische Simulation von Be- und Entnetzungsproblemen auf Basis der Discontinuous Galerkin Methode DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich C: Neue und verbesserte Anwendungen DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich C: Neue und verbesserte Anwendungen > C02: Skalenübergreifende Experimente zum Sieden komplexer Fluide an komplexen Oberflächen Profilbereiche Profilbereiche > Thermo-Fluids & Interfaces 04 Fachbereich Mathematik 04 Fachbereich Mathematik > Analysis 04 Fachbereich Mathematik > Analysis > Mathematische Modellierung und Analysis 04 Fachbereich Mathematik > Mathematische Modellierung und Analysis (MMA) |
Hinterlegungsdatum: |
03 Jun 2020 05:43 |
Letzte Änderung: |
07 Feb 2024 11:55 |
PPN: |
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