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Binary fluid flow simulations with free energy lattice Boltzmann methods

Simonis, Stephan ORCID iD icon 1; Nguyen, Johannes 1; Avis, Samuel J.; Dörfler, Willy ORCID iD icon 1; Krause, Mathias J. 1,2
1 Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

We use free energy lattice Boltzmann methods to simulate shear and extensional flows of a binary fluid in two and three dimensions. To this end, two classical configurations are digitally twinned, namely a parallel-band device for binary shear flow and a four-roller apparatus for binary extensional flow. The free energy lattice Boltzmann method and the test cases are implemented in the open-source parallel C++ framework OpenLB and evaluated for several non-dimensional numbers. Characteristic deformations are captured, where breakup mechanisms occur for critical capillary regimes. Though the known mass leakage for small droplet-domain ratios and large Cahn numbers is observed, suitable mesh sizes show good agreement to analytical predictions and reference results.


Preprint §
DOI: 10.5445/IR/1000158750
Veröffentlicht am 15.05.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.3934/dcdss.2023069
Web of Science
Zitationen: 3
Dimensions
Zitationen: 4
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte und Numerische Mathematik (IANM)
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1937-1632, 1937-1179
KITopen-ID: 1000158750
Erschienen in Discrete and Continuous Dynamical Systems - S
Verlag American Institute of Mathematical Sciences (AIMS)
Band 17
Heft 11
Seiten 3278–3294
Schlagwörter Lattice Boltzmann methods, free energy model, multicomponent flow, Navier–Stokes equations, Cahn–Hilliard equation
Nachgewiesen in Web of Science
Dimensions
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