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.

Export metadata

  • Export Bibtex
  • Export RIS

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Dirk Kehrwald
URN (permanent link):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-15290
Advisor:Michael Junk
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Year of Completion:2002
Year of Publication:2002
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2002/11/19
Tag:Antidiffusion ; Lattice-BGK ; Lattice-Boltzmann ; Schwache Formulierung; Viskose Transportschemata
Anti-diffusion; Consistencyanalysis ; Immiscible lattice BGK ; Lattice Boltzmann ; Two-phase flow
GND-Keyword:Dissertation ; Nichtlineare Diffusion ; Numerische Mathematik ; Oberflächenspannung; Zweiphasenströmung
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Mathematik
DDC-Cassification:510 Mathematik
MSC-Classification (mathematics):46F10 Operations with distributions
76D05 Navier-Stokes equations [See also 35Q30]
76M28 Particle methods and lattice-gas methods
76R50 Diffusion [See also 60J60]
76T99 None of the above, but in this section

$Rev: 12793 $