An Alternative High-Density Ratio Pseudo-potential Lattice Boltzmann Model with Surface Tension Adjustment Capability

Kharmiani, Soroush Fallah; Niazmand, Hamid; Passandideh-Fard, Mohammad

doi:10.1007/s10955-019-02243-1

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“…(10). It should be noted that, in contrast to the approaches by [16,18], the general force field represented by Eq. ( 34) is formulated considering the nearest-neighbor lattices only.…”

Section: A Fundamental Inter-particle Force Calculationmentioning

confidence: 99%

“…However, Li and Luo [17] noticed that this model had some issues, since the density ratio of the system varied considerably with the change in surface tension. Recently, Kharmiani et al [18] proposed a consistent interaction potential that permits to control independently the liquid-gas density ratio and surface tension. But one of the terms that constitutes the proposed force is calculated in two steps and it can be argued that this procedure is equivalent to a multirange approach, since it requires information from distances greater than the adjacent nodes.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Force approach for the pseudopotential lattice Boltzmann method

Czelusniak,

Mapelli,

Guzella

et al. 2020

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The pseudopotential method is one of the most popular extensions of the lattice Boltzmann method (LBM) for phase change and multiphase flow simulation. One attractive feature of the original proposed method consists on its simplicity of adding a force dependent on a nearest-neighbor potential function, which became known as the Shan-Chen interaction force. Some of the well known drawbacks implied by this method involves lack of thermodynamic consistency and impossibility to control the surface tension independently. In order to correct these deficiencies, different approaches were developed in the literature, such as multirange interactions potential, which involves larger stencils than nearest-neighbor approach, and modified forcing schemes. In this work, a strategy is developed to control the liquid-gas density ratio and the surface tension by means of an appropriate interaction force field using only nearest-neighbor interactions. The proposed procedure is devised starting from the desired pressure tensor, which allow for the control of the equilibrium multiphase properties such as liquid-gas coexistence curve and surface tension. Then, it is shown how to derive an external force field able to replicate the effects of this pressure tensor in the macroscopic conservation equations. The final step of our procedure is implementing this external force in the LBE by using the classical Guo forcing scheme. Numerical tests regarding static and dynamic flow conditions were performed. Results obtained from simulations showed good agreement with expected analytical values. Most divergent solution observed was the droplet oscillation period under certain flow conditions, which deviated 9% from expected analytical result. The observed results corroborate that the proposed method is able to replicate the desired macroscopic multiphase behaviour.

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“…(10). It should be noted that, in contrast to the approaches by [16,18], the general force field represented by Eq. ( 34) is formulated considering the nearest-neighbor lattices only.…”

Section: A Fundamental Inter-particle Force Calculationmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Force approach for the pseudopotential lattice Boltzmann method

Czelusniak,

Mapelli,

Guzella

et al. 2020

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“…O aumento do número de pontos na interface mostrou-se mais promissor, com redução de até 10 vezes o valor de velocidade espúria máxima para o conjunto de 9 velocidades, quando o número de sítios simulados é dobrado. Essa é uma razão pela qual os modelos mais recentes com o conjunto tradicional D2Q9 buscam adicionar parâmetros livres para controle da espessura da interface (LYCETT-BROWN; LUO, 2015; KHARMIANI; NIAZMAND; PASSANDIDEH-FARD, 2019;CZELUSNIAK et al, 2020).…”

Section: Correntes Espúriasunclassified

“…Uma estratégia mais recente consiste em desenvolver novos termos de forças proporcionais a parâmetros de controle de curva de saturação e tensão superficial. Esses termos são então incorporados na equação de Boltzmann em rede pelo método de Guo et al (CZELUSNIAK et al, 2020;KHARMIANI;NIAZMAND;PASSANDIDEH-FARD, 2019). Porém, os efeitos finais dessa abordagem no problema de interface plana é similar ao da estratégia de alteração na velocidade: controle da curva de saturação pelo parâmetro ε, mantendo Γ = 0.…”

Section: Fonte: Elaborado Pelo Autorunclassified

Método de Boltzmann em rede do pseudopotencial: estudo sobre suas extensões, aplicação e viabilidade para simulações vapor-líquido

Mapelli

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Dedico esse trabalho à minha família, em especial meus pais e irmãos, sempre presentes. À minha esposa Izabela, pela paciência, apoio e companhia a todos os momentos. E à minha recém-nascida sobrinha e afilhada, Maria Luisa, tão pequena mas que nos trasborda os sentimentos e nos incentiva a seguir em frente. AGRADECIMENTOSNa vida, não caminhamos só. Sempre chegamos aos lugares por uma ajuda, uma influência, um conselho de alguém. Com o perdão se cometo alguma injustiça, trago meus agradecimentos a seguir. Aos meus pais, Antônio e Sônia, alicerces primordiais da minha vida, que sempre incentivaram meus estudos e realizaram todos os esforços para que chegasse onde cheguei. Muito obrigado! Aos meus irmãos, Victor e Mariana, meus primeiros amigos, companheiros para a vida, sempre serviram de exemplo, aconselharam, me cuidaram e tornaram a vida mais leve. Obrigado por tudo! À minha esposa Izabela, meu grande amor, minha luz guia. Com toda certeza, não estaria onde e como estou sem sua companhia e sua alegria. Muito obrigado pelos momentos juntos de risada, conversas, pelos incentivos, compreensão e amor! À Isabel e Osvaldo, meus segundos pais, sempre se preocuparam e cuidaram de mim. Com toda certeza, todos meus sucessos também são frutos dos seus exemplos de humildade, força, persistência e fé. Meus agradecimentos pelos ensinamentos e por todo apoio.Aos meus queridos avós, Nelson, Iolanda, Maria, Protásio. Infelizmente, nenhum mais me acompanha na jornada da vida, mas seus esforços, as lembranças e os exemplos de vida me fizeram alcançar até aqui, e continuam a me inspirar.Ao meu orientador Prof. Dr. Luben Cabezas Gómez, por ter me aceitado como seu aluno, por sempre ter me passado seus ensinamentos, por sempre ter sido compreensivo e paciente, e pelos seus conselhos. Obrigado! Aos amigos do grupo de laboratório. Ao Luiz Czelusniak, um grande amigo de longa data, obrigado pelas discussões interessantes e por sempre compartilhar os pensamentos de sua mente brilhante. Ao Matheus Guzella, pelo companheirismo e por sempre estar disposto a uma conversa. Ao Alfredo Jaramillo, pela compreensão e por compartilhar seus ensinamentos sempre de forma paciente. Ao Ivan e Edilson, mesmo com pouco tempo de interação, sempre dispostos a me ajudar.Ao Danilo e Francisco, amigos de longa data e sempre a postos para qualquer tipo de situação.Ao Eduardo, pela hospitalidade, e ao João Pedro, coabitantes por muitos anos. Obrigado pela companhia, conversas, conselhos e risadas.

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