We present a fully-coupled, implicit-in-time framework for solving a thermodynamically-consistent Cahn-Hilliard Navier-Stokes system that models two-phase flows. In this work, we extend the block iterative method presented in Khanwale et al. [{\it Simulating two-phase flows with thermodynamically consistent energy stable Cahn-Hilliard Navier-Stokes equations on parallel adaptive octree based meshes}, J. Comput. Phys. (2020)], to a fully-coupled, provably second-order accurate scheme in time, while maintaining energy-stability. The new method requires fewer matrix assemblies in each Newton iteration resulting in faster solution time. The method is based on a fully-implicit Crank-Nicolson scheme in time and a pressure stabilization for an equal order Galerkin formulation. That is, we use a conforming continuous Galerkin (cG) finite element method in space equipped with a residual-based variational multiscale (RBVMS) procedure to stabilize the pressure. We deploy this approach on a massively parallel numerical implementation using parallel octree-based adaptive meshes. We present comprehensive numerical experiments showing detailed comparisons with results from the literature for canonical cases, including the single bubble rise, Rayleigh-Taylor instability, and lid-driven cavity flow problems. We analyze in detail the scaling of our numerical implementation.


翻译:我们提出了一个完全混合的、隐含的时间框架,用以解决热动力一致的Cahn-Hilliard Navier-Stokes系统,这个系统可以模拟两阶段流。在这项工作中,我们推广Khanwale 等人提出的区块迭接法,[在热动力稳定能源稳定、Cahn-Hilliard Navier-Stokes等方程式中,以热动力稳定的方式模拟两阶段流,同时以基于 meshes的平行适应性奥氏树为主,J. Comput. Phys. (202020), 建立一个完全混合的、可辨认的二级准确计划,同时保持能源稳定。新的方法需要减少每个牛顿迭代法的矩阵组合,以更快的解算时间为基础。这个方法基于完全不精确的Crank-Nicolson 和压力稳定, 也就是我们使用连续的Galerkin (c) 固定的、基于基于基于多尺度(RBVMS)的变缩缩缩算法, 来稳定我们当前稳定压压压压压压压,我们采用这个平行的货币化的计算方法。我们用一个平行的货币化数字实验,可以使用一个平行的计算方法来稳定当前压压压压压压下的数字。

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