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New instability and mixing simulations using SPH and a novel mixing measure

Journal of Hydrodynamics 2020年第4期32卷 684-698页

作者： georgina reece Benedict D.Rogers Steven Lind Georgios Fourtakas Department of Mechanical Aerospace and Civil EngineeringUniversityof ManchesterManchesterUK

This paper assesses the ability of smoothed particle hydrodynamics (SPH) to simulate mixing of two-phase flows and theirtransition to instabilities under different flow regimes. A new measure for quantification of the degree of mixing between phases in aLagrangian framework is also developed. The method is validated using the lid-driven cavity and two-phase Poiseuille flow cases. Thevelocity along the centre of the cavity is compared with results from the literature, whilst commercial volume-of-fluid codeSTAR-CCM+ provides a benchmark for the mixing and different mixing measures are considered. The velocity of two-phase Poiseuilleflow along the channel is compared to the analytical solution, and the appearance of interfacial instabilities with perturbation theory.This is the first time SPH has been used to investigate the onset and development of these instabilities. In particular, it is able to modelthe deforming shape of the interface, which is not given by analytical studies, while also offering improved predictions overconventional mesh-based computational fluid dynamics simulations.

关键词： Smoothed particle hydrodynamics(SPH) multi-phase mixing instability

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