Direct numerical simulation of evaporating droplets based on a sharp-interface algebraic VOF approach

流体体积法 蒸发 汽化 材料科学 机械 解算器 有限体积法 体积热力学 热力学 物理 计算机科学 分手 程序设计语言
作者
Xiaopeng Shang,Xuan Zhang,Thien-Binh Nguyen,Tuan Tran
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:184: 122282-122282 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122282
摘要

This study presents a sharp-interface algebraic volume-of-fluid (SA-VOF) approach towards direct numerical simulation of evaporating droplets in a finite-volume framework. An interface identification scheme is introduced to determine a sharp layer of interface cells where liquid-vapor phase change occurs. The rate of vaporization is directly computed from the local gradient of the vapor mass fraction at the interface without any tuning parameter in the evaporation model. In addition, a modified compressive differencing scheme is employed to maintain high resolution of the interface. A solver based on the SA-VOF approach is developed and validated by several case studies including the Stefan problem for evaporation in one dimension, evaporation of sessile droplets in the constant contact angle mode, and evaporation of droplets suspended in a flowing air stream. Comparisons between numerical predictions and either analytical solutions or experimental data show that the SA-VOF approach not only computes the evaporation rate with high accuracy but also ensures highly resolved liquid-vapor interface. The solver demonstrates the capability in revealing minute details of the complex characteristics associated with droplet evaporation.
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