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A comparative study of transient capillary rise using direct numerical simulations

Gründing, Dirk ; Smuda, Martin ; Antritter, Thomas ; Fricke, Mathis ; Rettenmaier, Daniel ; Kummer, Florian ; Stephan, Peter ; Marschall, Holger ; Bothe, Dieter (2020)
A comparative study of transient capillary rise using direct numerical simulations.
In: Applied Mathematical Modelling, 86
doi: 10.1016/j.apm.2020.04.020
Artikel, Bibliographie

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

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
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