Compressible solver for two-phase flows with sharp interface and capillary effects preserving accuracy in the low Mach regime

Autor: Ziqiang Zou, Christian Tenaud, Samuel Kokh, Nicolas Grenier, Edouard Audit
Přispěvatelé: Maison de la Simulation (MDLS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), COuplages Multiphysiques Et Transferts (COMET), Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique (LISN), CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Mécanique-Energétique (M.-E.), CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Saclay, CEA- Saclay (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire d'Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C), CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Mécanique-Energétique (M.-E.), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de Thermo-hydraulique et de Mécanique des Fluides (STMF), Département de Modélisation des Systèmes et Structures (DM2S), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
[PHYS.PHYS.PHYS-FLU-DYN]Physics [physics]/Physics [physics]/Fluid Dynamics [physics.flu-dyn]
Physics and Astronomy (miscellaneous)
Truncation error (numerical integration)
Level Set
compressible approach
010103 numerical & computational mathematics
truncation error analysis
01 natural sciences
Two-phase flow
[SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Physics::Fluid Dynamics
symbols.namesake
Speed of sound
sharp interface
[MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP]
[PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph]
low Mach correction
0101 mathematics
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Physics
Numerical Analysis
Finite volume method
Applied Mathematics
Numerical analysis
Mechanics
Solver
Dissipation
Computer Science Applications
010101 applied mathematics
Computational Mathematics
Mach number
Modeling and Simulation
Compressibility
symbols
Zdroj: Journal of Computational Physics
Journal of Computational Physics, Elsevier, 2022, 448, pp.110735. ⟨10.1016/j.jcp.2021.110735⟩
Journal of Computational Physics, 2022, 448, pp.110735. ⟨10.1016/j.jcp.2021.110735⟩
ISSN: 0021-9991
1090-2716
Popis: We present a sharp interface approach for compressible two-phase flows that preserves its accuracy in the low Mach regime. The interface between both fluids is captured by a Level Set function via the Ghost Fluid method. In the low Mach regime, classic Finite Volume compressible solvers lose accuracy on quadrangle or hexahedral meshes and a low Mach correction is then necessary to reduce the numerical dissipation. The sharp interface that separates both fluids, may induce an important jump in the medium properties that induces additional challenges for the design of a numerical scheme. Indeed, the well-known low Mach fixes in the literature could lead to significant truncation errors when the flow involves large density and sound speed ratios between both phases. To preserve the accuracy of the numerical method, we propose a specific low Mach fix for this interface problem that yields a uniform truncation error with respect to the Mach number. Numerical results show significant evidances of the efficiency and accuracy of the proposed low Mach correction.
Databáze: OpenAIRE
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