We introduce a meshfree collocation framework to model the phase change from liquid to vapor at or above the boiling point. While typical vaporization or boiling simulations focus on the vaporization from the bulk of the fluid, here we include the possibility of vaporization from the free surface, when a moving fluid comes into contact with a superheated surface. We present a continuum, one-fluid approach in which the liquid and vapor phases are modeled with the same constitutive equations, with different material properties. The novelty here is a monolithic approach without explicit modeling of the interface between the phases, neither in a sharp nor diffuse sense. Furthermore, no interface boundary conditions or source terms are needed between the liquid and vapor phases. Instead, the phase transition is modeled only using material properties varying with temperature. Towards this end, we also present an enrichment of strong form meshfree generalized finite difference methods (GFDM) to accurately capture derivatives in the presence of jumps in density, viscosity, and other physical properties. The numerical results show a good agreement with experimental results, and highlight the ability of our proposed framework to model phase changes with large jumps.


翻译:我们引入了一个无网格对置框架来模拟沸点或沸腾以上阶段从液态到气态的相变。尽管典型的汽化或沸腾模拟侧重于来自液体体积的汽化,但是在这里,当移动的流体与过热表面接触时,我们包括了从自由表面汽化的可能性。我们提出了一种连续的、一流体的方法,在这个方法中,液相和气相使用相同的本构方程进行建模,但具有不同的材料属性。这里的创新之处在于采用了一个完整的方法,既不是尖锐的界面建模,也不是漫射的界面建模。此外,液相和气相之间不需要界面边界条件或源项。相反,相变仅使用随温度变化的材料属性进行建模。为此,我们还提出了对强形无网格广义有限差分法 (GFDM)的加强,以便在密度、粘度和其他物理属性跳跃的情况下准确捕获导数。数值结果与实验结果相一致,并凸显了我们提出的框架在模拟相变方面的能力。

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