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多孔介质相场公式的计算研究:微观、有效宏观和朗之万方程。 (英语) Zbl 1380.76145号

小结:我们将放大/均匀化的Cahn-Hilliard/Ginzburg-Landau相场方程视为强非均匀区域(如多孔介质)界面动力学的介观公式。最近推导出的有效宏观公式系统地考虑了孔隙几何形状,并进行了计算验证。为此,我们将通过完全解析微观孔隙尺度获得的数值解与放大/均匀多孔介质公式的解进行了比较。对于圆形孔壁,证实了理论推导的收敛速度(mathcal{O}(epsilon{1/4}))。对于方形孔壁,(mathcal{O}(epsilon^1))的收敛性更好。我们还计算了不同孔隙几何形状随时间的均匀化误差。我们发现,时间演化的质量显示了孔隙几何形状和非均质性之间的复杂相互作用。最后,我们通过计算均匀化方程和完全解析孔隙空间的微观公式,研究了多孔介质中界面的粗化。我们恢复了在周期性多孔介质中实验验证和理论推导的(mathcal{O}(t^{1/3}))粗化率。在临界淬火的情况下,在向微观多孔介质配方中添加热噪声后,我们观察到热波动对粗化率的影响在普遍粗化的短期预期阶段之后,即向不同状态的急剧转变。

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76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流
76M10个 有限元方法在流体力学问题中的应用
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全文: 内政部 哈尔

参考文献:

[1] 卡恩,J。;Hilliard,J.,《非均匀系统的自由能》。I.界面自由能,J.Chem。物理。,28, 2, 258 (1958) ·Zbl 1431.35066号
[2] Van Der Waals,J.D.,密度连续变化假设下的毛细现象热力学理论,Verhandel Konink Akad。韦滕。阿姆斯特丹(第1节)。Verhandel Konink Akad公司。韦滕。阿姆斯特丹(第1节),J.Stat.Phys。,20、197-233(1979),J.S.Rowlingson翻译·Zbl 1245.82006年
[3] 埃文斯,L。;Soner,H。;Souganidis,P.,《平均曲率下的相变和广义运动》,Commun。纯应用程序。数学。,四十五、 1097-1123(1992)·Zbl 0801.35045号
[4] Slezov,V.,《一阶相变动力学》(2009),Wiley-VCH
[5] 安德森,D。;麦克法登,G。;Wheeler,A.,《流体力学中的扩散界面方法》,年。流体力学版次。,30139-165(1998年)·Zbl 1398.76051号
[6] Lamorgese,A。;莫林,D。;Mauri,R.,多相流建模的相场方法,Milan J.Math。,79, 597-642 (2011) ·Zbl 1237.82031号
[7] Papatzacos,P.,基于扩散界面假设建立的多孔介质中多相多组分流动模型,Transp。多孔介质,82,3443-462(2009)
[8] 瓦卢里,P。;斯佩尔特,P.D.M。;劳伦斯,C.J。;Hewitt,G.F.,层流水平通道流中段塞起爆开始的数值模拟,国际J.Multiph。流量,34,2,206-225(2008)
[9] Promislow,K。;Wetton,B.,《质子交换膜燃料电池:数学概述》,SIAM J.Appl。数学。,70, 2, 369-409 (2009) ·兹比尔1189.35002
[10] Promislow,K。;Gavish,N.,《燃料电池用纳米结构材料》,SIAM News,45,1(2012)
[11] 汉,公元前。;范德文,A。;摩根·D·。;Ceder,G.,用相场模型对插层过程进行电化学建模,Electrochim。《学报》,49,26,4691-4699(2004)
[12] 巴赞特,M.Z。;Bazant,Z.P.,《纳米多孔固体吸附滞后理论:第二部分分子凝聚》,J.Mech。物理学。固体,60,1660-1675(2012)
[13] 施穆克,M。;普拉达斯,M。;Pavliotis,G.A。;Kalliadasis,S.,强非均匀区域界面动力学的放大相场模型,Proc。R.Soc.A,468,2147,3705-3724(2012)·Zbl 1371.76141号
[14] 施穆克,M。;Pavliotis,G。;Kalliadasis,S.,一般均匀自由能强非均匀环境中的有效宏观界面输运方程,应用。数学。莱特。,35, 12-17 (2014) ·兹比尔13203.5051
[15] 施穆克,M。;普拉达斯,M。;Pavliotis,G。;Kalliadasis,S.,多孔介质中周期性非混溶流动有效宏观Stokes-Cahn-Hilliard方程的推导,非线性,26,12,3259(2013)·Zbl 1302.76184号
[16] 诺尔德·A。;Sibley,D.N。;戈达德,B.D。;Kalliadasis,S.,《大范围接触角下液-固-气接触线的纳米流体结构》,数学。模型。自然现象。,10, 4, 111-125 (2015) ·Zbl 1325.76187号
[17] 普拉达斯,M。;北萨瓦州。;Benziger,J.B。;Kevrekidis,I.G。;Kalliadasis,S.,《肥育和稀释2d固着液滴的动力学》,Langmuir,32,19,4736-4745(2016),PMID:27077328
[18] 北萨瓦州。;Kalliadasis,S。;Pavliotis,G.A.,在随机地形基底上扩散的二维液滴,Phys。修订稿。,104,第84501条pp.(2010)
[19] Sibley,D。;诺尔德·A。;Kalliadasis,S.,移动接触线的渐近性:打开旧螺母,J.流体力学。,764, 445-462 (2015) ·Zbl 1335.76012号
[20] Lowengrub,J.等人。;拉茨,A。;Voigt,A.,多组分囊泡动力学的相场模拟:旋节分解、粗化、萌芽和裂变,Phys。E版,79,3,第31926条,pp.(2009)
[21] Aland,S。;Voigt,A.,《二维气泡动力学扩散界面模型的基准计算》,J.Numer。《液体方法》,69,3,747-761(2012)
[22] Elliott,C。;斯汀纳,B。;样式,V。;Welford,R.,进化扩散界面上平流和扩散的数值计算,IMA J.Numer。分析。,31, 3, 786-812 (2010) ·Zbl 1241.65081号
[23] Gera,P。;Salac,D.,三维空间曲面上的Cahn-Hilliard-Cook方程·兹比尔1393.82012
[24] 邓肯,D.B。;M.格林菲尔德。;Stoleriu,I.,相变积分-微分模型中的粗化,欧洲期刊应用。数学。,11, 6, 561-572 (2000) ·Zbl 0973.65131号
[25] 海诺宁,V。;阿希姆,C。;Elder,K.R。;Buyukdagli,S。;Ala-Nissila,T.,《相场晶体模型和机械平衡》,Phys。E版,89,第032411条pp.(2014)
[26] Elder,K.R。;Katakowski,M。;Haataja,M。;Grant,M.,《晶体生长弹性建模》,Phys。修订稿。,88,第245701条,pp.(2002)
[27] Elder,K.R。;Grant,M.,使用相场晶体对非平衡加工中的弹性和塑性变形进行建模,Phys。E版,70,第051605条pp.(2004)
[28] Sandier,E。;Serfaty,S.,《Ginzburg-Landau方程的极限涡度》,杜克数学出版社。J.,117,3,403-446(2003)·Zbl 1035.82045号
[29] 多斯桑托斯,M。;米罗内斯库,P。;Misiats,O.,具有不连续和快速振荡钉扎项的Ginzburg-Landau泛函。第一部分:零度情况,Commun。康斯坦普。数学。,13, 5, 885-914 (2011) ·Zbl 1233.35079号
[31] 岳,P。;周,C。;Feng,J.,运动接触线Cahn-Hilliard模型的尖锐界面极限,J.流体力学。,645, 279-294 (2010) ·Zbl 1189.76074号
[32] Elder,K.R。;Desai,R.C.,非线性在非临界淬火中的作用,如Cahn-Hilliard相分离模型所述,Phys。版本B,40,243-254(1989)
[33] 科恩,V.R。;Otto,F.,粗化率的上限,Commun。数学。物理。,229, 3, 375-395 (2002) ·兹比尔1004.82011
[34] 朱,J。;陈立群。;沈杰。;Tikare,V.,《可变流动性Cahn-Hilliard方程的粗化动力学:半隐式傅里叶谱方法的应用》,Phys。E版,603564-3572(1999)
[35] 弗拉兹尔,P。;Lebowitz,J.L。;彭罗斯,O。;Amar,J.,《比例函数、自相似性和相分离系统的形态》,Phys。B版,44,4794-4811(1991)
[36] 罗杰斯,T。;Desai,R.,Cahn-Hilliard相分离方程中非临界淬火后期粗化的数值研究,Phys。B版,39,11956-11964(1989)
[37] Alt,H.,线性函数分析(2016),Springer·Zbl 1358.46002号
[38] Flory,P.J.,《高分子溶液热力学》,J.Phys。化学。,10, 51-61 (1942)
[39] 怀洛克,C。;普拉达斯,M。;Haut,B。;科林特,P。;Kalliadasis,S.,化学非均匀微通道中接触线运动的无序诱导滞后和非局部性,Phys。流体,24,3,第32108条pp.(2012)
[40] 博达,D。;Gillespie,D.,从能斯特-普朗克方程耦合到局部平衡蒙特卡罗模拟的稳态电扩散,J.Chem。理论计算。,8824-829(2012年)
[41] de Groot,S。;Mazur,P.,《非平衡热力学》(1969年),荷兰北部
[42] 科辛斯卡,I。;戈伊丘克,I。;科斯特,M。;施密德,G。;Hänggi,P.,《合成锥形纳米孔中的整流:一维泊松-能斯特-普朗克模型》,Phys。E版,77,第031131条,pp.(2008)
[43] Malgaretti,P。;帕戈纳巴拉加,I。;Rubi,M.,《受限介质中的熵输运:生物和软物质系统计算研究的挑战》,Front。物理。,1, 21 (2013)
[44] Kubo,R.,波动分配定理,Rep.Prog。物理。,29, 255 (1966) ·兹比尔0163.23102
[45] Brenner,S。;Scott,L.,有限元方法的数学理论(1994),Springer·Zbl 0804.65101号
[46] 曲柄,J。;Nicolson,P.,热传导型偏微分方程解的实用数值计算方法,Proc。外倾角。菲洛斯。《社会学杂志》,43,50-67(1947)·Zbl 0029.05901号
[47] 洛德·G。;鲍威尔,C。;Shardlow,T.,《计算随机偏微分方程导论》(2014),CUP·兹比尔1327.60011
[48] Chechkin,G.A。;Piatnitski,A.L。;Shamaev,A.S.,《均质化:方法和应用》(2007),美国数学学会·Zbl 1128.35002号
[49] Zhikov,V.,均质化理论的一些估计,Dokl。数学。,73, 1, 96-99 (2006) ·Zbl 1155.35311号
[50] Suslina,T.,椭圆Dirichlet问题均匀化中的算子误差估计,Funct。分析。申请。,46, 3, 234-238 (2012) ·兹比尔1273.47079
[51] Pastukhova,S.,多尺度系数椭圆方程的Dirichlet问题。操作员对均质化的估计,J.Math。科学。,193, 2, 283-300 (2013) ·Zbl 1281.35057号
[52] 阿利卡科斯,N.D。;贝茨,P.W。;Chen,X.,Cahn-Hilliard方程到Hele-Shaw模型的收敛性,Arch。定额。机械。分析。,128165-205(1994年)·Zbl 0828.35105号
[53] Kehlet,B.,mshr是FEniCS的网格生成组件
[54] Alns,医学硕士。;布莱切塔,J。;Hake,J。;Johansson,A。;Kehlet,B。;Logg,A。;Richardson,C。;Ring,J。;罗根斯,M.E。;Wells,G.N.,FEniCS项目1.5版,数字软件档案,3100(2015)
[55] Oleĭnik,O.A。;沙马耶夫,A.S。;Yosifian,G.A.,《弹性和均匀化中的数学问题》,数学研究。申请。,第26卷(1992),North-Holland Publishing Co.:North-Holland Publishion Co.阿姆斯特丹·Zbl 0768.73003号
[56] Barabási,A.-L。;Stanley,H.,《表面生长中的分形概念》(1995),剑桥大学出版社·Zbl 0838.58023号
[57] Novick-Cohen,A.,《Cahn-Hilliard方程》,Handb。不同。Equ.、。,第4卷,201-228(2008),爱思唯尔/北荷兰:爱思唯尔/北荷兰阿姆斯特丹·Zbl 1185.35001号
[58] Schmuck,M.,Poisson-Nernst-Planck方程多孔介质近似的第一误差界,Z.Angew。数学。机械。,92, 4, 304-319 (2012) ·Zbl 1332.76060号
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