Second-order phase field models have emerged as an attractive option for capturing the advection of interfaces in two-phase flows. Prior to these, state-of-the-art models based on the Cahn-Hilliard equation, which is a fourth-order equation, allowed for the derivation of surface tension models through thermodynamic arguments. In contrast, the second-order phase field models do not follow a known energy law, and deriving a surface tension term for these models using thermodynamic arguments is not straightforward. In this work, we justify that the energy-based surface tension model from the Cahn-Hilliard context can be adopted for second-order phase field models as well and assess its performance. We test the surface tension model on three different second-order phase field equations; the conservative diffuse interface model of Chiu and Lin [1], and two models based on the modified Allen-Cahn equation introduced by Sun and Beckermann [2]. Additionally, we draw the connection between the energy-based model with a localized variation of the continuum surface force (CSF) model. Using canonical tests, we illustrate the lower magnitude of spurious currents, better accuracy, and superior convergence properties of the energy-based surface tension model compared to the CSF model, which is a popular choice used in conjunction with second-order phase field methods, and the localized CSF model. Importantly, in terms of computational expense and parallel efficiency, the energy-based model incurs no penalty compared to the CSF models.


翻译:第二阶阶段实地模型已成为一种具有吸引力的选择,可以捕捉两阶段流中界面的对流。在此之前,基于Cahn-Hilliard等式的最先进的模型,即第四阶方程式,允许通过热力学参数衍生表面紧张模型。相比之下,第二阶阶段实地模型并不遵循已知的能源法,而采用热力学参数为这些模型得出表面紧张的术语并非直截了当。在这项工作中,我们证明,在第二阶阶段的实地模型中,可以采用Cahn-Hilliard环境的基于能源的表面紧张模型,并评估其性能。我们用三种不同的第二阶阶段的实地方程式测试地表紧张模型;Chiu和Lin [1] 的保守扩散界面模型,以及根据Sun和Beckermann引进的修改的Allen-Cahn方程式[2] 得出的两个模型。此外,我们把基于能源的模型与连续地面力量模型的局部变异联系起来。我们用基于理论的测试,我们用C级标准测试来说明地价SF的较低规模,C级模型与当前成本成本的精确度比比。在C级模型中,C级模型中,C级模型与C级模型与C级比较的精度比。

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