Interaction of a deformable solid with two‐phase flows: An Eulerian‐based numerical model for fluid‐structure interaction using the level contour reconstruction method,International Journal for Numerical Methods in Fluids

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Interaction of a deformable solid with two‐phase flows: An Eulerian‐based numerical model for fluid‐structure interaction using the level contour reconstruction method
International Journal for Numerical Methods in Fluids ( IF 1.7 ) Pub Date : 2020-03-29 , DOI: 10.1002/fld.4836
Seungwon Shin ₁ , Jalel Chergui ₂ , Damir Juric ₂

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We describe the formulation of a method for fluid‐structure interaction involving the coupling of moving and/or flexible solid structures with multiphase flows in the framework of the Level Contour Reconstruction Method. We present an Eulerian‐based numerical procedure for tracking the motion and interaction of a liquid‐gas interface with a fluid‐solid interface in the Lagrangian frame together with the evaluation of the fluid transport equations coupled to those for the solid transport, namely the left Cauchy‐Green strain tensor field, in the Eulerian frame. To prevent excessive dissipation due to the convective nature of the solid transport equation, a simple incompressibility constraint for the strain field is enforced. A single grid structure is used for both the fluid and solid phases which allows for a simple and natural coupling of the fluid and solid dynamics. Several benchmark tests are performed to show the accuracy of the numerical method and which demonstrate accurate results compared to several of those in the existing literature. In particular we show that surface tension effects including contact line dynamics on the deforming solid phase can be properly simulated. The three‐phase interaction of a droplet impacting on a flexible cantilever is investigated in detail. The simulations follow the detailed motion of the droplet impact (and subsequent deformation, breakup, and fall trajectory) along with the motion of the deformable solid cantilever due to its own weight as well as due to the force of the droplet impact.

中文翻译：

可变形固体与两相流的相互作用：基于液位轮廓重建方法的基于欧拉的流固耦合数值模型

我们描述了一种流体-结构相互作用的方法，该方法涉及在“水平轮廓重建”方法的框架内将移动的和/或柔性的固体结构与多相流耦合。我们提出了一种基于欧拉的数值程序，用于跟踪拉格朗日框架中液-气界面与液-固界面的运动和相互作用，以及与固相传输耦合的流体传输方程的评估，即左侧柯西-格林应变张量场，在欧拉框架中。为了防止由于固体输运方程的对流性质而引起的过度耗散，对应变场施加了简单的不可压缩约束。流体和固相都使用单一的网格结构，这允许流体和固体动力学的简单自然的耦合。进行了一些基准测试以证明数值方法的准确性，并且与现有文献中的几种方法相比，这些方法证明了准确的结果。特别是，我们表明可以适当地模拟包括在变形固相上的接触线动力学在内的表面张力效应。详细研究了液滴在柔性悬臂上的三相相互作用。模拟遵循液滴冲击的详细运动（以及随后的变形，破裂和下落轨迹），以及由于自身重量以及液滴冲击力引起的可变形固体悬臂梁的运动。进行了一些基准测试以证明数值方法的准确性，并且与现有文献中的几种方法相比，这些方法证明了准确的结果。特别是，我们表明可以适当地模拟包括在变形固相上的接触线动力学在内的表面张力效应。详细研究了液滴在柔性悬臂上的三相相互作用。模拟遵循液滴冲击的详细运动（以及随后的变形，破裂和下落轨迹），以及由于自身重量以及液滴冲击力引起的可变形固体悬臂梁的运动。进行了一些基准测试以证明数值方法的准确性，并且与现有文献中的几种方法相比，这些方法证明了准确的结果。特别是，我们表明可以适当地模拟包括在变形固相上的接触线动力学在内的表面张力效应。详细研究了液滴在柔性悬臂上的三相相互作用。模拟遵循液滴冲击的详细运动（以及随后的变形，破裂和下落轨迹），以及由于自身重量以及液滴冲击力引起的可变形固体悬臂梁的运动。特别是，我们表明可以适当地模拟包括在变形固相上的接触线动力学在内的表面张力效应。详细研究了液滴在柔性悬臂上的三相相互作用。模拟遵循液滴冲击的详细运动（以及随后的变形，破裂和下落轨迹），以及由于自身重量以及液滴冲击力引起的可变形固体悬臂梁的运动。特别是，我们表明可以适当地模拟包括在变形固相上的接触线动力学在内的表面张力效应。详细研究了液滴在柔性悬臂上的三相相互作用。模拟遵循液滴冲击的详细运动（以及随后的变形，破裂和下落轨迹），以及由于自身重量以及液滴冲击力引起的可变形固体悬臂梁的运动。

更新日期：2020-03-29

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