基于相场-格子Boltzmann通量求解器的固-液相变模拟

摘要

本文提出一种新型的相场-格子Boltzmann通量求解器（PF-LBFS）用于单一介质内固-液相变过程的数值模拟.该方法包含流场求解和流固界面追踪两个核心模块.流场求解模块运用格子Boltzmann通量求解器（LBFS）,在有限体积法框架下求解Navier-Stokes方程,在网格界面上通过局部求解格子Boltzmann方程重构数值通量. LBFS对无黏和黏性通量进行同步重构,并保持了界面重构方程与宏观控制方程的一致性.相场模型则被用于流固界面的演化中,实现了固相与液相间的光滑过渡,并通过守恒关系与能量方程耦合.通过三个典型算例,验证了PFLBFS在固-液相变数值模拟中的收敛性、精度、物理鲁棒性和在非均匀网格上的适用性.