Shaping the equation of state to improve numerical accuracy and stability of the pseudopotential lattice Boltzmann method

Czelusniak, Luiz Eduardo; Mapelli, Vinícius Pessôa; Wagner, A. James; Cabezas‐Gómez, Luben

doi:10.1103/physreve.105.015303

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“…Here, we will simply use a = 0.5, b = 4 and R = 1 in lattice units, as these are values commonly used in the literature 35,44 .…”

Section: B Comparison Between Theoretical Solution and Lbmmentioning

confidence: 99%

Effects of gravity induced pressure variations for thermal liquid-gas phase-change simulations with the pseudopotential lattice Boltzmann method

Czelusniak¹,

Cabezas‐Gómez²,

Wagner³

2023

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Direct simulations of phase-change and phase-ordering phenomena are becoming more common. Recently qualitative simulations of boiling phenomena have been undertaken by a large number of research groups. One seldom discussed limitations is that large values of gravitational forcing are required to simulate the detachment and rising of bubbles formed at a bottom surface. The forces are typically so large that neglecting the effects of varying pressure in the system becomes questionable. In this paper we examine the effect of large pressure variations induced by gravity using pseudopotential lattice Boltzmann simulations. These pressure variations lead to height dependent conditions for phase co-existence and nucleation of either gas or liquid domains. Because these effects have not previously been studied in the context of these simulation methods we focus here on the phase-stability in a one dimensional system, rather than the additional complexity of bubble or droplet dynamics. Even in this simple case we find that the different forms of gravitational forces employed in the literature lead to qualitatively different phenomena, leading to the conclusion that the effects of gravity induced pressure variations on phase-change phenomena should be very carefully considered when trying to advance boiling and cavitation as well as liquefaction simulations to become quantitative tools.

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“…Here, we will simply use a = 0.5, b = 4 and R = 1 in lattice units, as these are values commonly used in the literature 35,44 .…”

Section: B Comparison Between Theoretical Solution and Lbmmentioning

confidence: 99%

Effects of gravity induced pressure variations for thermal liquid-gas phase-change simulations with the pseudopotential lattice Boltzmann method

Czelusniak¹,

Cabezas‐Gómez²,

Wagner³

2023

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“…Physical Review E com o título "Shaping the equation of state to improve numerical accuracy and stability of the pseudopotential lattice Boltzmann method" (CZELUSNIAK et al, 2022). Alguns dos estudos também serviram como base para a publicação realizada no congresso 18th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering com o título "Numerical study of the pseudopotential lattice Boltzmann method thermodynamic consistency for flat interface" (CZELUSNIAK; CABEZAS-GÓMEZ; WAGNER, 2020).…”

Section: Resultados: Equação De Estadounclassified

Estudo da aplicação do método de Boltzmann em rede do pseudopotencial em simulações bifásicas gás-líquido

Czelusniak

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Este projeto de doutorado foi conduzido com o apoio financeiro da Fapesp por meio de uma bolsa de doutorado direto (processo 2018/09041-5). É importante destacar também que esta tese se insere dentro do projeto temático financiado pela FAPESP (projeto temático -processo 2016/09509-1) sobre processos de transferência de calor com mudança de fase de elevado desempenho aplicados ao aproveitamento de energia solar. Os resultados produzidos ao longo deste trabalho estão inseridos no contexto deste projeto. As opiniões, hipóteses e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade do autor e não necessariamente refletem a visão da FAPESP.Aos meus pais, Luiz e Eliane, por me darem apoio e suporte nas minhas escolhas profissionais.Aos meus colegas de laboratório. Ao Vinícius com quem tenho uma amizade de longa data. Ao Matheus pela amizade e conselhos dados ao longo deste projeto. E também ao Alfredo e Ivan, que mesmo com pouco tempo de colaboração, compartilharam valiosos conhecimentos e boa companhia.Ao meu orientador Prof. Dr. Luben Cabezas Gómez, pela oportunidade, pela confiança e pelos ensinamentos dados ao longo de todo o trabalho. Também sou grato ao Prof. Luben Cabezas Gómez por todo o esforço em proporcionar aos seus alunos as condições adequadas para que uma pesquisa de qualidade possa ser desenvolvida.Um agradecimento especial também ao Prof. Dr. Alexander J. Wagner da Universidade Estadual da Dakota do Norte, por ter dedicado seu tempo colaborando com o nosso trabalho e dando valiosas contribuições. Inicialmente havia a intenção de realizar um estágio de pesquisa no exterior (BEPE) com sua supervisão, porém devido à pandemia isto não foi possível. Mesmo assim, o Prof. Wagner se dispôs a manter uma parceria com o nosso grupo do Brasil através de reuniões virtuais e desta parceria saíram diversos resultados. Eu sou muito grato pela colaboração com o Prof. Wagner que agregou muito ao nosso trabalho.Agradeço à Tássia e à sua família, pelo apoio e companhia durante esse tempo. E também a todos os meus amigos pelos bons momentos compartilhados durante a minha estadia em São Carlos. Por fim, agradeço a todos que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho.O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -Brasil (CAPES) -Código de Financiamento 001. RESUMO CZELUSNIAK, L. E. Estudo da aplicação do método de Boltzmann em rede do pseudopotencial em simulações bifásicas gás-líquido. 2022. 202p. Tese (

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“…Os resultados foram promissores, com erros máximos de 0.01% na pressão de saturação, com testes até razões de densidades até próximas da ordem de 10000. Czelusniak et al (2022) também propuseram um método para alterar as regiões instáveis e metaestáveis da equação da estado, sem afetar os valores de densidades de equilíbrio de vapor e líquido. Além disso, o método não altera a velocidade do som no líquido, mas aumenta o seu valor no vapor.…”

Section: Razões De Densidadesunclassified

“…A segunda abordagem que tem mostrado potencial para reduzir as instabilidades do método, principalmente para temperaturas em torno da metade da temperatura crítica em valores absolutos, é a alteração da equação de estado de forma a reproduzir comportamentos macroscópicos de interesse. Alguns trabalhos recentes que procuraram explorar alterar o comportamento da equação de estado para aprimorar a performance são Huang, Wu e Adams (2019), Peng et al (2020) e Czelusniak et al (2022).…”

Section: Trabalhos Da Literatura Com Método Pseudopotencialunclassified

Método de Boltzmann em rede do pseudopotencial: estudo sobre suas extensões, aplicação e viabilidade para simulações vapor-líquido

Mapelli

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Dedico esse trabalho à minha família, em especial meus pais e irmãos, sempre presentes. À minha esposa Izabela, pela paciência, apoio e companhia a todos os momentos. E à minha recém-nascida sobrinha e afilhada, Maria Luisa, tão pequena mas que nos trasborda os sentimentos e nos incentiva a seguir em frente. AGRADECIMENTOSNa vida, não caminhamos só. Sempre chegamos aos lugares por uma ajuda, uma influência, um conselho de alguém. Com o perdão se cometo alguma injustiça, trago meus agradecimentos a seguir. Aos meus pais, Antônio e Sônia, alicerces primordiais da minha vida, que sempre incentivaram meus estudos e realizaram todos os esforços para que chegasse onde cheguei. Muito obrigado! Aos meus irmãos, Victor e Mariana, meus primeiros amigos, companheiros para a vida, sempre serviram de exemplo, aconselharam, me cuidaram e tornaram a vida mais leve. Obrigado por tudo! À minha esposa Izabela, meu grande amor, minha luz guia. Com toda certeza, não estaria onde e como estou sem sua companhia e sua alegria. Muito obrigado pelos momentos juntos de risada, conversas, pelos incentivos, compreensão e amor! À Isabel e Osvaldo, meus segundos pais, sempre se preocuparam e cuidaram de mim. Com toda certeza, todos meus sucessos também são frutos dos seus exemplos de humildade, força, persistência e fé. Meus agradecimentos pelos ensinamentos e por todo apoio.Aos meus queridos avós, Nelson, Iolanda, Maria, Protásio. Infelizmente, nenhum mais me acompanha na jornada da vida, mas seus esforços, as lembranças e os exemplos de vida me fizeram alcançar até aqui, e continuam a me inspirar.Ao meu orientador Prof. Dr. Luben Cabezas Gómez, por ter me aceitado como seu aluno, por sempre ter me passado seus ensinamentos, por sempre ter sido compreensivo e paciente, e pelos seus conselhos. Obrigado! Aos amigos do grupo de laboratório. Ao Luiz Czelusniak, um grande amigo de longa data, obrigado pelas discussões interessantes e por sempre compartilhar os pensamentos de sua mente brilhante. Ao Matheus Guzella, pelo companheirismo e por sempre estar disposto a uma conversa. Ao Alfredo Jaramillo, pela compreensão e por compartilhar seus ensinamentos sempre de forma paciente. Ao Ivan e Edilson, mesmo com pouco tempo de interação, sempre dispostos a me ajudar.Ao Danilo e Francisco, amigos de longa data e sempre a postos para qualquer tipo de situação.Ao Eduardo, pela hospitalidade, e ao João Pedro, coabitantes por muitos anos. Obrigado pela companhia, conversas, conselhos e risadas.

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Shaping the equation of state to improve numerical accuracy and stability of the pseudopotential lattice Boltzmann method

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Estudo da aplicação do método de Boltzmann em rede do pseudopotencial em simulações bifásicas gás-líquido

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