Thermodynamically Compatible Hyperbolic Model for Two-Phase Compressible Fluid Flow with Surface Tension

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A two-phase flow model for compressible immiscible fluids is presented, the derivation of which is based on the use of the theory of symmetric hyperbolic thermodynamically compatible systems. The model is an extension of the previously proposed thermodynamically compatible model of compressible two-phase flows due to the inclusion of new state variables of the medium associated with surface tension forces. The governing equations of the model form a hyperbolic system of differential equations of the first order and satisfy the laws of thermodynamics (energy conservation and entropy increase). The properties of the model equations are studied and it is shown that the Young–Laplace law of capillary pressure is fulfilled in the asymptotic approximation at the continuum level.

About the authors

E. Romenski

Sobolev Institute of Mathematics SB RAS

Author for correspondence.
Email: evrom@math.nsc.ru
Russia, Novosibirsk

I. Peshkov

University of Trento

Author for correspondence.
Email: ilya.peshkov@unitn.it
Italy, Trento

References

  1. Brackbill J.U., Kothe D.B., Zemach C. A continuum method for modeling surface tension // J. Comput. Phys., 1992, vol. 100, no. 2, pp. 335–354.
  2. Perigaud G., Saurel R. A compressible flow model with capillary effects // J. Comput. Phys., 2005, vol. 209, no.1, pp. 139–178.
  3. Popinet S. Numerical models of surface tension // Annu. Rev. Fluid Mech., 2018, vol. 50, no. 1, pp. 49–75.
  4. Schmidmayer K., Petitpas F., Daniel E., Favrie N., Gavrilyuk S. A model and numerical method for compressible flows with capillary effects // J. Comput. Phys., 2017, vol. 334, pp. 468–496.
  5. Chiocchetti S., Peshkov I., Gavrilyuk S., Dumbser M. High order ADER schemes and GLM curl cleaning for a first order hyperbolic formulation of compressible flow with surface tension // J. Comput. Phys., 2021, vol. 426, pp. 109898.
  6. Chiocchetti S., Dumbser M. An exactly curl-free staggered semi-implicit finite volume scheme for a first order hyperbolic model of viscous two-phase flows with surface tension // J. Sci. Comput., 2022, vol. 94, pp. 24.
  7. Godunov S.K., Romenskii E.I. Elements of Continuum Mechanics and Conservation Laws. Springer US, 2003.
  8. Peshkov I., Pavelka M., Romenski E., Grmela M. Continuum mechanics and thermodynamics in the Hamilton and the Godunov-type formulations // Contin. Mech.&Thermodyn., 2018, vol. 30, no. 6, pp. 1343–1378.
  9. Romenski E., Belozerov A.A., Peshkov I.M. Conservative formulation for compressible multiphase flows // Quart. Appl. Math., 2016, vol. 74, pp. 113–136.
  10. Romenski E., Reshetova G., Peshkov I. Two-phase hyperbolic model for porous media saturated with a viscous fluid and its application to wavefields simulation // Appl. Math. Model., 2022, vol. 106, pp. 567–600.
  11. Romenski E., Drikakis D., Toro E. Conservative models and numerical methods for compressible two-phase flow // J. Sci. Comput., 2010, vol. 42, no. 1, pp. 68–95.
  12. Romenski E., Resnyansky A.D., Toro E.F. Conservative hyperbolic formulation for compressible two-phase flow with different phase pressures and temperatures // Quart. Appl. Math., 2007, vol. 65, no. 2, pp. 259–279.
  13. Godunov S.K., Mikhailova T.Y., Romenskii E.I. Systems of thermodynamically coordinated laws of conservation invariant under rotations // Sib. Math. J., 1996, vol. 37, no. 4, pp. 690–705.
  14. Godunov S.K., Romenskii E.I. Elements of Mechanics of Continuous Media and Conservation Laws. Novosibirsk: Nauch. Kniga, 1998. 280 p. (in Russian)
  15. Friedrichs K.O. Symmetric positive linear differential equations // Commun. on Pure&Appl. Math., 1958, vol. 11. no. 3, pp. 333–418.
  16. Dafermos K.M. Hyperbolic Conservation Laws in Continuum Physics. Berlin: Springer, 2016.
  17. Dhaouadi F., Dumbser M. A first order hyperbolic reformulation of the Navier–Stokes–Korteweg system based on the GPR model and an augmented Lagrangian approach // J. Comput. Phys., 2022, vol. 470, pp. 111544.
  18. Dhaouadi F., Gavrilyuk S., Vila J.-P. Hyperbolic relaxation models for thin films down an inclined plane // Appl. Math.&Comput., 2022, vol. 433, pp. 127378.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Е.И. Роменский, И.М. Пешков

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».