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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

COBEM 2023

27th International Congress of Mechanical Engineering

Comparison between pseudopotential and phase-field lattice Boltzmann method for the liquid-gas phase-change Stefan problem

Submission Author: Ivan Talão Martins , SP , Brazil
Co-Authors: Ivan Talão Martins, Alfredo Jaramillo, Luben Cabezas Gómez
Presenter: Ivan Talão Martins

doi://10.26678/ABCM.COBEM2023.COB2023-0750

 

Abstract

The lattice Boltzmann method (LBM) is a mesoscale numerical method that has been largely applied for simulating multiphase and multicomponent flows, giving its facility for considering the interaction between different phases and components. Many multiphase LBM models can be found in the literature. Assessing the limitations of those models is of high relevance as it allows to select the strategy with the best balance between accuracy and computational performance for each application. Because of this, the present work compares two multiphase LBM widely used in the literature: 1) the pseudopotential LBM, and 2) the Cahn-Hilliard-based phase field LBM. The simulations performed correspond to a 1D liquid-gas phase change problem (the Stefan problem) ranging across three reduced temperatures (0.97, 0.86 and 0.76), and two working fluids (water and R134a). In comparison with the analytical solution, the results show that the pseudopotential LBM can capture the liquid-gas interface advance correctly only for the higher reduced temperature (TR = 0.97), presenting unsatisfactory results for others TRs. On the other hand, the phase-field LBM was able to capture the interface advance for the three simulated TRs with good accuracy. However, due to stability issues, for this latter model it was necessary to adopt low values of ∆t and ∆x, decreasing the overall computational efficiency of the model.

Keywords

Liquid-gas phase-change simulation, Phase-field lattice Boltzmann method, Pseudopotential lattice Boltzmann method, Cahn-Hilliard equation

 

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