Kraftungleichgewicht in der Gitter-Boltzmann-Gleichung für Zweiphasenströmungen

Die Fähigkeit, komplexe Grenzdynamiken von Mehrphasenströmungen zu modellieren und zu simulieren, wird als einer der Hauptvorteile der Gitter-Boltzmann-Gleichung (LBE) angesehen. In dieser Arbeit wird eine grundlegende Eigenschaft von Zweiphasen-LBE-Modellen, d.h. die Kraftgleichgewichtsbedingung auf der diskreten Gitterebene der LBE, untersucht. Eine explizite Kraftgleichungsformulierung wird für eine flache Grenzfläche abgeleitet, indem das zweidimensionale Neun-Geschwindigkeits-(D2Q9)-Zweiphasen-LBE-Modell analysiert wird, ohne die Chapman-Enskog-Erweiterung heranzuziehen. Das Ergebnis legt nahe, dass im Allgemeinen das Gleichgewicht zwischen der Wechselwirkungskraft und dem Druck aufgrund numerischer Fehler nicht genau auf dem diskreten Gitter gehalten wird. Es wird außerdem gezeigt, dass ein solches Kraftungleichgewicht zu einigen künstlichen Geschwindigkeiten in der Nähe der Phasengrenze führen kann.