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A unified finite volume framework for phase‐field simulations of an arbitrary number of fluid phases

Bagheri, Milad ; Stumpf, Bastian ; Roisman, Ilia V. ; Dadvand, Abdolrahman ; Wörner, Martin ; Marschall, Holger (2022)
A unified finite volume framework for phase‐field simulations of an arbitrary number of fluid phases.
In: The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2022, 100 (9)
doi: 10.26083/tuprints-00022441
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

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Kurzbeschreibung (Abstract)

While the phase‐field methodology is widely adopted for simulating two‐phase flows, the simulation of an arbitrary number (N ≥ 2) of fluid phases at physical fidelity is non‐trivial and requires special attention concerning mathematical modelling, numerical discretization, and solution algorithm. We present our most recent work with a focus on validation for multiple immiscible, incompressible, and isothermal phases, enhancing further our library for diffuse interface phase‐field interface capturing methods in OpenFOAM (FOAM‐extend 4.0/4.1). The phase‐field method is an energetic variational formulation based on the work of Cahn and Hilliard where the interface is composed of a physical diffuse layer resembling realistic interfaces. The evolution of the phases is then governed by the minimization of the free energy of the system. The accuracy of the method is demonstrated for a number of test problems, including a floating liquid lens, bubble rise in two stratified layers, and drop impact onto thin liquid film.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2022
Autor(en): Bagheri, Milad ; Stumpf, Bastian ; Roisman, Ilia V. ; Dadvand, Abdolrahman ; Wörner, Martin ; Marschall, Holger
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: A unified finite volume framework for phase‐field simulations of an arbitrary number of fluid phases
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 2022
Ort: Darmstadt
Publikationsdatum der Erstveröffentlichung: 2022
Verlag: John Wiley & Sons
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: The Canadian Journal of Chemical Engineering
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 100
(Heft-)Nummer: 9
DOI: 10.26083/tuprints-00022441
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/22441
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Herkunft: Zweitveröffentlichung DeepGreen
Kurzbeschreibung (Abstract):

While the phase‐field methodology is widely adopted for simulating two‐phase flows, the simulation of an arbitrary number (N ≥ 2) of fluid phases at physical fidelity is non‐trivial and requires special attention concerning mathematical modelling, numerical discretization, and solution algorithm. We present our most recent work with a focus on validation for multiple immiscible, incompressible, and isothermal phases, enhancing further our library for diffuse interface phase‐field interface capturing methods in OpenFOAM (FOAM‐extend 4.0/4.1). The phase‐field method is an energetic variational formulation based on the work of Cahn and Hilliard where the interface is composed of a physical diffuse layer resembling realistic interfaces. The evolution of the phases is then governed by the minimization of the free energy of the system. The accuracy of the method is demonstrated for a number of test problems, including a floating liquid lens, bubble rise in two stratified layers, and drop impact onto thin liquid film.

Freie Schlagworte: Cahn–Hilliard Navier–Stokes, multiphase flows, phase‐field
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-224411
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik (SLA)
04 Fachbereich Mathematik
04 Fachbereich Mathematik > Analysis
Hinterlegungsdatum: 23 Dez 2022 14:20
Letzte Änderung: 28 Dez 2022 07:22
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