Optimized phase-field modeling using a modified conservative Allen-Cahn equation for two-phase flows

気液二相流計算における修正conservative Allen-Cahn方程式を用いたフェーズフィールド法の最適化

杉原 健太 ; 小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; 山下 晋   

Sugihara, Kenta; Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Yamashita, Susumu

本報告書では、気液二相流シミュレーションのためのフェーズフィールドモデルに基づく新しい界面捕獲法を提案する。従来のフェーズフィールドモデルでは、界面補正強度パラメータは計算領域内の最大流速から決定されていたが、界面補正は空間全体に一様に適用されているため、補正を必要としない位置にも適用されていた。新手法では、フェーズフィールド変数あるいはフェーズフィールドモデルの強度に空間分布を持つように拡張し、局所的な流速場に応じた最適なパラメータを設定できるようにした。また、界面移流試験や気泡上昇計算の誤差解析を用いた系統的なパラメータスキャンに基づき、最適なフェーズフィールドパラメータを導出する手法を提案する。気液二相流のベンチマークテストを通じて、提案モデルを検証し、提案モデルが従来のフェーズフィールドモデルよりも高精度であることを示す。

This report presents a new surface capturing method based on the phase field model for gas-liquid two-phase flows simulation. In the conventional phase field model, the interface correction strength parameter was determined from the maximum flow velocity in the computational domain, but because the interface correction was applied uniformly to the entire space, it was also applied to locations that did not require correction. In the new method, the phase field parameter or the intensity of the phase field model is extended to have a spatial distribution, allowing us to set the optimal parameters depending on the local flow velocity fields. We also propose a method to derive the optimal phase field parameter based on systematic parameter scans using error analysis of the interface advection test and bubble rising calculations. Through benchmark tests of gas-liquid two-phase flows, the proposed model is verified, and it is shown that the proposed model has higher accuracy than the conventional phase field model.