A coupled VOF/embedded boundary method to model two-phase flows on arbitrary solid surfaces

流体体积法 离散化 接触角 边值问题 机械 库埃特流 几何学 数学 流量(数学) 物理 数学分析 热力学
作者
Mathilde Tavares,Christophe Josserand,Alexandre Limare,José Ma Lopez-Herrera,Stéphane Popinet
出处
期刊:Computers & Fluids [Elsevier]
卷期号:278: 106317-106317 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.compfluid.2024.106317
摘要

We present an hybrid VOF/embedded boundary method allowing to model two-phase flows in presence of solids with arbitrary shapes. The method relies on the coupling of existing methods: a geometric Volume of fluid (VOF) method to tackle the two-phase flow and an embedded boundary method to sharply resolve arbitrary solid geometries. Coupling these approaches consistently is not trivial and we present in detail a quad/octree spatial discretization for solving the corresponding partial differential equations. Modelling contact angle dynamics is a complex physical and numerical problem. We present a Navier-slip boundary condition compatible with the present cut cell method, validated through a Taylor–Couette test case. To impose the boundary condition when the fluid-fluid interface intersects a solid surface, a geometrical contact angle approach is developed. Our method is validated for several test cases including the spreading of a droplet on a cylinder, and the equilibrium shape of a droplet on a flat or tilted plane in 2D and 3D. The temporal evolution and convergence of the droplet spreading on a flat plane is also discussed for the moving contact line given the boundary condition (Dirichlet or Navier) used. The ability of our numerical methodology to resolve contact line statics and dynamics for different solid geometries is thus demonstrated.

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