Numerical Analysis of Immiscible Lattice BGK

Numerische Analyse der Immiscible-Lattice-BGK-Methode

  • The immiscible lattice BGK method for solving the two-phase incompressible Navier-Stokes equations is analysed in great detail. Equivalent moment analysis and local differential geometry are applied to examine how interface motion is determined and how surface tension effects can be included such that consistency to the two-phase incompressible Navier-Stokes equations can be expected. The results obtained from theoretical analysis are verified by numerical experiments. Since the intrinsic interface tracking scheme of immiscible lattice BGK is found to produce unsatisfactory results in two-dimensional simulations several approaches to improving it are discussed but all of them turn out to yield no substantial improvement. Furthermore, the intrinsic interface tracking scheme of immiscible lattice BGK is found to be closely connected to the well-known conservative volume tracking method. This result suggests to couple the conservative volume tracking method for determining interface motion with the Navier-Stokes solver of immiscible lattice BGK. Applied to simple flow fields, this coupled method yields much better results than plain immiscible lattice BGK.
  • Die Immiscible-Lattice-BGK-Methode zur Lösung der inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen für Zweiphasenströmung wird sehr genau analysiert. Lokale Differentialgeometrie und die Analyse der äquivalenten Momente werden genutzt um zu erforschen wie die Bewegung der Phasengrenze bestimmt wird und wie Oberflächenspannungseffekte auf eine Art berücksichtigt werden können, welche Konsistenz zu den Navier-Stokes-Gleichungen erwarten lässt. Die Ergebnisse der theoretischen Analyse werden durch numerische Experimente überprüft. Dabei stellt sich heraus, dass der intrinsische Algorithmus von Immiscible-Lattice-BGK zur Bewegung der Phasengrenze unbefriedigende Ergebnisse liefert, weshalb verschiedene Ansätze zur Verbesserung desselben besprochen werden. Keiner dieser Ansätze bewirkt eine wesentliche Verbesserung, jedoch stellt sich heraus, dass der intrinsische Algorithmus von Immiscible-Lattice-BGK zur Bewegung der Phasengrenze mit dem bewährten konservativen Volume-Tracking-Verfahren verwandt ist. Diese Erkenntnis suggeriert die Kopplung von konservativem Volume-Tracking zur Bewegung der Phasengrenze mit dem Navier-Stokes-Löser des Immiscible-Lattice-BGK-Verfahrens. Die dadurch entstehende Methode liefert in numerischen Experimenten mit einfachen Strömungsfeldern wesentlich bessere Ergebnisse als Immiscible-Lattice-BGK.

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Metadaten
Verfasserangaben:Dirk Kehrwald
URN (Permalink):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-15290
Betreuer:Michael Junk
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Jahr der Fertigstellung:2002
Jahr der Veröffentlichung:2002
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:19.11.2002
Datum der Publikation (Server):17.01.2003
Freies Schlagwort / Tag:Antidiffusion ; Lattice-BGK ; Lattice-Boltzmann ; Schwache Formulierung; Viskose Transportschemata
Anti-diffusion; Consistencyanalysis ; Immiscible lattice BGK ; Lattice Boltzmann ; Two-phase flow
GND-Schlagwort:Dissertation ; Nichtlineare Diffusion ; Numerische Mathematik ; Oberflächenspannung; Zweiphasenströmung
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Mathematik
DDC-Sachgruppen:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 51 Mathematik / 510 Mathematik
MSC-Klassifikation (Mathematik):46-XX FUNCTIONAL ANALYSIS (For manifolds modeled on topological linear spaces, see 57Nxx, 58Bxx) / 46Fxx Distributions, generalized functions, distribution spaces [See also 46T30] / 46F10 Operations with distributions
76-XX FLUID MECHANICS (For general continuum mechanics, see 74Axx, or other parts of 74-XX) / 76Dxx Incompressible viscous fluids / 76D05 Navier-Stokes equations [See also 35Q30]
76-XX FLUID MECHANICS (For general continuum mechanics, see 74Axx, or other parts of 74-XX) / 76Mxx Basic methods in fluid mechanics [See also 65-XX] / 76M28 Particle methods and lattice-gas methods
76-XX FLUID MECHANICS (For general continuum mechanics, see 74Axx, or other parts of 74-XX) / 76Rxx Diffusion and convection / 76R50 Diffusion [See also 60J60]
76-XX FLUID MECHANICS (For general continuum mechanics, see 74Axx, or other parts of 74-XX) / 76Txx Two-phase and multiphase flows / 76T99 None of the above, but in this section
Lizenz (Deutsch):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vor dem 27.05.2011

$Rev: 13581 $