Petites circulations de vitesse non physiques apparaissant près des interfaces dans les simulations multiphasiques ou à interface, dues à un déséquilibre de discrétisation, un traitement incohérent de la tension de surface ou des erreurs de discrétisation des forces.

Principe

Surviennent lorsque les approximations discrètes des forces interfaciales (par exemple la pression capillaire ou les gradients de tension superficielle) ne respectent pas le même équilibre discret que la discrétisation de la quantité de mouvement, créant des déséquilibres tangenciels nets qui entraînent des tourbillons parasites.

Démonstration

Dans une simulation volume-of-fluid d'une goutte statique, un calcul imprécis de la courbure et une discrétisation incohérente du gradient de pression engendrent des écoulements circulaires stationnaires autour de l'interface alors que la solution analytique est au repos.

Mauvaise application

Interpréter les courants parasites comme de véritables circulations microphysiques et s'en servir pour estimer des taux de transport ou de mélange conduit à des conclusions physiques erronées et masque des erreurs de modélisation.

Conséquence

Les courants parasites entraînent un mélange artificiel, une déformation non physique de l'interface, un bilan masse/force inexact près de l'interface et peuvent amorcer des instabilités numériques ou de fausses coalescences/ruptures.

Inversion

Un écoulement interfacial réel est dû à des forces thermodynamiques ou appliquées réelles et évolue de façon prévisible avec les paramètres physiques (tension de surface, viscosité, forces volumiques) ; il s'atténue sous une discrétisation cohérente et le raffinement de la grille, contrairement aux courants parasites qui traduisent un déséquilibre numérique.

Limite

Pertinent pour les méthodes CFD multiphasiques, à surface libre et interfaciales où courbure, tension de surface ou termes capillaires sont discrétisés ; exclut les flux de Marangoni réels, les circulations induites par la flottabilité ou les cisaillements physiques imposés aux frontières.

Tension sémantique

Très lié au terme « courants parasites » dans la littérature ; peut être confondu avec des écoulements physiquement faibles mais réels (par ex. convection de Marangoni) — la caractéristique distincte est l'absence de disparition lors du raffinement ou après correction de l'équilibre des forces discrètes.

Synthèse

Les courants parasites sont des circulations non physiques induites numériquement près des interfaces, causées par une discrétisation incohérente des forces interfaciales ; les éliminer exige des tests de convergence et la garantie d'une cohérence discrète entre force et quantité de mouvement.