페이즈 필드 방법을 이용한 다상유동 경계면 추적법의 오픈소스 수치해석 코드 (OpenFOAM) 개발

Q: 이 논문에서 정의한 페이즈 필드(phase-field)란 무엇인가?

페이즈 필드는 유체1에서는 0, 유체2에서는 1의 값을 가지며, 유한한 길이를 가지는 경계면에서는 0과 1사이의 값을 갖는 계수이다. 이는 경계면의 두께를 나타내는 ϵ과 경계면으로부터의 거리를 나타내는 s를 이용하여 1/2[1+tanh(s/2ϵ)]로 정의된다.

Q: 페이즈 필드 방법을 적용한 phaseFoam 솔버는 기존 interFoam 솔버와 비교하여 어떤 장점이 있는가?

연구 결과, phaseFoam 솔버는 interFoam 솔버 대비 경계면에서 발생하는 비물리적 유동인 Spurious current를 효과적으로 억제한다. 또한, 격자 수가 증가함에 따라 액적의 진동수와 감쇠율 모두 이론적 해에 더 근접하며 수치해석적 수렴성을 보장하여, 다상유동 시뮬레이션의 정확도와 신뢰도를 향상시킨다.

서지완; 서종민

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자료유형: 학술저널

저자정보: 서지완 (Kyung Hee University) 서종민 (Kyung Hee University)

저널정보: 한국가시화정보학회 한국가시화정보학회지 한국가시화정보학회지 Vol.22 No.3

발행연도: 2024.11

수록면: 101 - 109 (9page)

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We present a novel numerical implementation of a phase-field multiphase interface tracking method within the OpenFOAM framework. Our approach solves the mass and momentum conservation equations alongside a transport equation that controls the multiphase interface thickness. Using a fractional time-stepping method, we ensure mass conservation at each time step. We extensively validated our algorithm against canonical multiphase flow problems with known analytical solutions and reference simulations with accurate interface tracking methods. Our solver demonstrated excellent interface tracking in the Rayleigh-Taylor instability problem, aligning closely with high-accuracy level-set simulations. It also accurately estimated dissipation rates in disturbed multiphase interfaces during standing wave and droplet oscillation tests. The phase-field method effectively suppressed spurious currents at the interface. Overall, our solver outperformed the standard OpenFOAM multiphase flow solver, interFoam, in terms of grid convergence and accuracy.

#Multiphase flow(다상유동) #Interface tracking(경계면 추적) #Dissipation(소산) #OpenFOAM(오픈폼) #Computational Fluid Dynamics(전산유체역학)

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