×
高特林加;螺栓，Asger;约阿希姆·马西森

具有浓度依赖性流体特性的瞬态电动流体动力流动：建模和能量稳定数值方案。 （英语） Zbl 1436.76028号

J.计算。物理学。 412，文章ID 109430，33 p.（2020）.
概述：电场影响下的电解质溶液传输发生在从生物学到地球物理学的各种现象中。在这里，我们提出了单相电流体动力学流动的连续模型，该模型可以从基本热力学原理推导出来。这导致了一个广义的Navier-Stokes-Poisson-Nernst-Planck系统，其中的流体属性，如密度和介电常数，取决于离子浓度场。我们提出了为这组方程构造数值格式的策略，其中电化学和流体动力学子问题在每个时间步长上解耦。我们提供了模型的时间离散化，足以满足与连续模型相同的能量耗散规律。特别地，我们提出了电化学子问题的线性和非线性离散，以及流体流动的投影方案。该方法的有效性通过使用几个建议方案的数值模拟得到了证明。

引用于6文件

MSC公司：

76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
76M20码 有限差分方法在流体力学问题中的应用
76瓦05 磁流体力学和电流体力学
78A57型 电化学

关键词：

电动流;电流体力学;能量稳定的数值格式

软件：

FEniCS公司;DOLFIN公司;SyFi系统;绿洲;伯纳西
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{G.Linga}等人，J.Compute。物理学。412，文章ID 109430，33 p.（2020；Zbl 1436.76028）
全文： 内政部 arXiv公司

参考文献：

[1] 布鲁斯，H.，《理论微流体学》（2008），牛津大学出版社
[2] 斯奎尔斯，T.M。；Quake，S.R.，《微流体：纳升尺度下的流体物理》，修订版。物理。，77, 3, 977 (2005)
[3] Schoch，R.B。；Han，J。；Renaud，P.，《纳米流体中的传输现象》，修订版。物理。，80, 3, 839 (2008)
[4] Lee，J。；Kim，C.-J.，基于连续电润湿的表面张力驱动微驱动，J.微电子机械。系统。，9, 2, 171-180 (2000)
[5] Ghosal，S.，毛细管电泳中的电动流动和分散，年。流体力学版次。，38, 309-338 (2006) ·Zbl 1098.76075号
[6] 尼尔森，C.P。；布鲁斯，H.，《微通道中的浓度极化、表面流和整体平流》，《物理学》。版本E，90，4，第043020条pp.（2014）
[7] 尼尔森，C.P。；布鲁斯，H.，《电沉积和分支生长的尖锐界面模型》，《物理学》。版本E，92，4，第042302条pp.（2015）
[8] Nikonenko，V.V。；科瓦伦科公司。；Urtenov，M.K。；北卡罗来纳州皮斯门斯卡亚。；Han，J。；Sistat，P。；Pourcelly，G.，《超极限海流下的海水淡化：最新技术和前景》，《海水淡化》，34285-106（2014）
[9] Siria，A。；博奎特，M.-L。；Bocquet，L.，《大规模收集蓝色能源的新途径》，《国家化学评论》。，第1、11条，第0091页（2017年）
[10] Hiorth，A。；Cathles，L。；Madland，M.，孔隙水化学对碳酸盐表面电荷和石油润湿性的影响，Transp。多孔介质，85，1，1-21（2010）
[11] 希尔纳，E。；安德森，M.P。；哈森卡姆，T。；马蒂森，J。；Salino，P。；Stipp，S.L.S.，《离子强度对砂岩中油粘附的影响——寻找低盐度机理》，科学版。代表，59933（2015）
[12] 骄傲，S.R。；Morgan，F.，地震波诱发的电动耗散，地球物理学，56，7，914-925（1991）
[13] 佛罗伦萨，E.-A。；杜桑，R。；Jouniaux，L.，《流动电位的格子Boltzmann模型：单相条件下盐度的变化》，地球物理学。《国际期刊》，205，1648-664（2016）
[14] 佛罗伦萨，E.-A。；杜桑，R。；Jouniaux，L.，《流动电位的双相晶格Boltzmann模型：空气-水界面对电动耦合的影响》，地球物理学。《国际期刊》，208，21139-1156（2016）
[15] Bolet，A。；Linga，G。；Mathiesen，J.，《狭窄裂缝和孔隙中的电动流体动力通道效应》，Phys。E版，97，第043114条pp.（2018）
[16] O·Pümper。；Botan，A。；洛杉矶，C。；刘，Y。；Malthe-Sorenssen，A。；Jamtveit，B.，由纳米级流体流动控制的大陆地壳流体驱动变质作用，《自然地质学》。，10, 9, 685 (2017)
[17] Allaire，G。；Mikelić，A。；Piatnitski，A.，刚性周期多孔介质中线性化离子输运方程的均匀化，J.Math。物理。，第51、12条，第123103页（2010年）·Zbl 1314.76039号
[18] Schmuck，M.，通过多尺度方法建模和推导多孔介质Stokes-Poisson-Nernst-Planck方程，Commun。数学。科学。，9, 3, 685-710 (2011) ·Zbl 1284.35052号
[19] 雷，N。；van Noorden，T。；弗兰克·F。；Knabner，P.，多孔介质中胶体和流体动力学的多尺度建模，包括演变的微观结构，Transp。多孔介质，95,3669-696（2012）
[20] Allaire，G。；布里齐，R。；杜弗雷切，J.-F。；Mikelić，A。；Piatnitski，A.，《多孔介质中的离子输运：使用上尺度和有效系数特性推导宏观方程》，计算。地质科学。，17, 3, 479-495 (2013) ·Zbl 1392.76071号
[21] 施穆克，M。；Bazant，M.Z.，带电多孔介质中离子传输的泊松-能斯特-普朗克方程的均匀化，SIAM J.应用。数学。，75, 3, 1369-1401 (2015) ·Zbl 1320.76113号
[22] Khoa，V.A。；Muntean，A.，穿孔域中非平稳Stokes-Nernst-Planck-Poisson系统的校正均匀化估计，预印本·Zbl 1429.35021号
[23] Dreyer，W。；Guhlke，C。；Müller，R.，《克服能斯脱-普朗克模型的缺点》，Phys。化学。化学。物理。，15, 19, 7075-7086 (2013)
[24] Mitscha-Baude，G。；Buttinger-Kreuzhuber，A。；Tulzer，G。；Heitzinger，C.，《利用PNP-Stokes方程模拟纳米孔的自适应和迭代方法》，J.Compute。物理。，338, 452-476 (2017) ·Zbl 1415.65262号
[25] Mansouri，A。；Scheuerman，C。；巴塔查吉，S。；郭，D.Y。；Kostiuk，L.W.，有限长微通道中的瞬态流动势，J.胶体界面科学。，292, 2, 567-580 (2005)
[26] Mansouri，A。；巴塔查吉，S。；Kostiuk，L.W.，《有限长微通道中的瞬态电动传输：电流、电容和电学类比》，J.Phys。化学。B、 111、44、12834-12843（2007）
[27] 扎兹曼，B。；Rubinstein，I.，《电渗滑移和电导不稳定性》，J.流体力学。，579, 173-226 (2007) ·Zbl 1175.76168号
[28] Pham，V.S.公司。；李，Z。；Lim，K.M.先生。；怀特，J.K。；Han，J.，渗透选择性膜的电转换不稳定性和滞后电流-电压响应的直接数值模拟，Phys。E版，第86、4条，第046310页（2012年）
[29] Demekhin，E。；谢里斯托夫，V。；Polyanskikh，S.，电动不稳定性中的线性和非线性演化和扩散层选择，物理学。E版，84，3，第036318条，pp.（2011）
[30] Druzgalski，C.L。；安德森医学学士。；Mani，A.，离子选择表面附近的电传导不稳定性和流体动力学混沌的直接数值模拟，Phys。流体，25，11，第110804条pp.（2013）
[31] 德鲁兹加尔斯基，C。；Mani，A.，《高度混沌状态下离子选择性膜附近电传导的统计分析》，Phys。流体版本，第1、7条，第073601页（2016年）
[32] Ostilla-Mónico，R.，《利用电场控制电解质的湍流阻力》，法拉第讨论。，199, 159-173 (2017)
[33] 陈，R.-C。；Liu，J.-L.，半导体器件能量传输模型自适应有限元解的迭代方法，J.Compute。物理。，189, 2, 579-606 (2003) ·Zbl 1032.82039号
[34] 沈杰。；Yang，X.，两相不可压缩流相场模型的解耦能量稳定格式，SIAM J.Numer。分析。，53, 1, 279-296 (2015) ·Zbl 1327.65178号
[35] Chorin，A.J.，求解不可压缩粘性流问题的数值方法，计算。物理。，2, 1, 12-26 (1967) ·Zbl 0149.44802号
[36] Chorin，A.J.，Navier-Stokes方程的数值解，数学。计算。，22, 104, 745-762 (1968) ·Zbl 0198.50103号
[37] 吉蒙德，J.-L。；Minev，P。；沈，J.，不可压缩流投影方法概述，计算。方法应用。机械。工程，195，44-47，6011-6045（2006）·Zbl 1122.76072号
[38] 美国Fjordholm。；米什拉，S。；Tadmor，E.，《不连续地形浅水方程的井平衡和能量稳定格式》，J.Compute。物理。，230, 14, 5587-5609 (2011) ·Zbl 1452.35149号
[39] Minjeaud，S.，三相Cahn-Hilliard/Navier-Stokes模型的无条件稳定解耦方案，Numer。方法部分差异。Equ.、。，29584-618（2013年）·兹比尔1364.76091
[40] 吉伦·冈萨雷斯，F。；Tierra，G.，两种不同密度流体的Navier-Stokes-Cahn-Hilliard模型的分裂方案，J.Compute。数学。，32, 6, 643-664 (2014) ·Zbl 1324.76032号
[41] 普罗尔，A。；Schmuck，M.，《能斯特-普朗克-泊松系统的收敛离散化》，数值。数学。，111, 4, 591-630 (2009) ·Zbl 1178.65106号
[42] Schmuck，M.，Navier-Stokes-Nernst-Planck-Poisson系统分析，数学。模型方法应用。科学。，19, 06, 993-1014 (2009) ·Zbl 1229.35215号
[43] 普罗尔，A。；Schmuck，M.，Navier-Stokes-Nernst-Planck-Poisson系统的收敛有限元离散化，ESAIM:Math。模型。数字。分析。，44, 3, 531-571 (2010) ·Zbl 1247.76052号
[44] Schmuck，M.，《电流体动力学中的建模、分析和数值》（2008），Eberhard-Karls-University Tubingen博士论文
[45] Bauer，G。；格雷夫迈耶，V。；Wall，W.A.，电化学系统中多离子传输数值模拟的稳定有限元方法，计算。方法应用。机械。工程，223199-210（2012）·Zbl 1253.76054号
[46] Abels，H。；Garcke，H。；Grün，G.，《不同密度不可压缩两相流的热力学一致、框架无关扩散界面模型》，数学。模型方法应用。科学。，22，03，第1150013条pp.（2012）·Zbl 1242.76342号
[47] Metzger，S.，《关于电解质溶液电润湿的相场模型的数值方案》，Proc。申请。数学。机械。，15, 1, 715-718 (2015)
[48] Metzger，S.，《关于电解质溶液两相流的稳定、耗散减少分裂方案》，数值。算法，1-30（2018）
[49] Campillo-Funollet，E。；Grün，G。；Klingbeil，F.，《关于具有一般质量密度的两相流中电动现象的建模和模拟》，SIAM J.Appl。数学。，72, 6, 1899-1925 (2012) ·Zbl 1263.76083号
[50] Brenner，H.，Navier-Stokes reviewed，Physica A，349，1-2，60-132（2005）
[51] Brenner，H.，《体积运输运动学》，《物理学A》，349，1-2，11-59（2005）
[52] Brenner，H.，《重新审视流体力学》，《物理学A》，370，2，190-224（2006）
[53] 阿兰德，S。；Chen，F.，移动接触线问题相场模型的一种有效且能量稳定的方案，国际数字杂志。方法流体，81，11，657-671（2016）
[54] 钱，T。；王晓平。；Sheng，P.，《动接触线流体力学的变分方法》，J.流体力学。，564, 333-360 (2006) ·Zbl 1178.76296号
[55] 巴拉特，J.-L。；Bocquet，L.，非润湿流体-固体界面的大滑移效应，物理。修订稿。，82, 23, 4671 (1999)
[56] 赫斯，B。；霍尔姆，C。；van der Vegt，N.，《用浓度依赖的介电常数模拟离子溶液中的多体效应》，Phys。修订稿。，96、14，第147801条，pp.（2006）
[57] Booth，F.，《水的介电常数和饱和效应》，J.Chem。物理。，19, 391-394 (1951)
[58] 加维什，N。；Promislow，K.，《电解质溶液介电常数对离子浓度的依赖性：微场方法》，Phys。E版，94，1，第012611条，pp.（2016）
[59] 沈杰。；Yang，X.，两相复杂流体相场模型的解耦能量稳定方案，SIAM J.Sci。计算。，36、1、B122-B145（2014）·Zbl 1288.76057号
[60] 莫滕森，M。；Valen-Sendstad，K.，Oasis：一个高级别/高性能开源Navier-Stokes解算器，Compute。物理学。社区。，188, 177-188 (2015) ·Zbl 1344.76006号
[61] Linga，G。；Bolet，A。；Mathiesen，J.，Bernaise：模拟复杂区域内两相电动流体动力流动的灵活框架，Front。物理。，7, 21 (2019)
[62] Linga，G。；Bolet，A。；Mathiesen，J.，《用电解溶液控制润湿：液滴-导体系统的相场模拟》，Phys。E版，98，第013101条pp.（2018）
[63] Logg，A。；Wells，G.N.，DOLFIN：自动化有限元计算，ACM Trans。数学。软质。，37, 2, 20:1-20:28 (2010) ·Zbl 1364.65254号
[64] Logg，A。；马尔达尔，K.-A。；Wells，G.，《有限元法自动求解微分方程：FEMICS书》，第84卷（2012年），施普林格科学与商业媒体·兹比尔1247.65105
[65] 林加，G。；Bolet，A.，Bernaise:git存储库（2019）
[66] 卡拉泰，E。；安德森医学学士。；韦斯林，M。；Mani，A.，离子选择表面附近浮力和电导不稳定性之间的耦合，物理。修订稿。，116、19、第194501条pp.（2016）
[67] Szewc，K。；Pozorski，J。；Taniere，A.，《光滑粒子流体动力学自然对流建模：非Boussinesq公式》，《国际热质传递杂志》。，54, 23-24, 4807-4816 (2011) ·Zbl 1226.80024号
[68] 吴杰。；沈杰。；Feng，X.，变密度不可压自然对流问题的无条件稳定Gauge-Uzawa有限元格式，J.Compute。物理。，348, 776-789 (2017) ·Zbl 1380.76132号
[69] 南卡罗来纳州布伦纳。；Scott，L.R.，《有限元方法的数学理论》，第15卷（2007），Springer Science&Business Media
[70] 徐，Z。；Meakin，P.，溶质沉淀和溶解的相场模拟，J.Chem。物理。，129，1，第014705条pp.（2008）
[71] 霍金斯，C。；Angheluta，L。；Jamtveit，B.，河道水流中树枝晶沉淀期间的流体动力学阴影效应，Phys。版本E，89，2，第022402条pp.（2014）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。