先检查不该变化的量
周期薄膜没有流入、流出或蒸发,平均厚度必须保持不变。周期液丝守恒的是截面积积分,因此要平方半径再积分。两种几何看起来相似,直接相加半径却会给出错误的质量检验。
把当前体积与初始体积相减,再除以初始体积,得到相对体积误差。误差很小只能说明这项守恒做对了;一种把液体搬错方向的方法也可能严格守恒,还要看动力学。
没有外加驱动时,能量给出第二条线索
无驱动薄膜沿广义压强梯度流动。把能量对高度的变分记为 。这里的下标区别于温差流一章的黏度符号。把高度方程乘以 再分部积分,周期边界项消失,余下的是一个负的平方积分。能量下降时,局部凸起仍可能增长:降低的润湿能可以支付增加的曲率能。
Marangoni 实验持续维持温差,外界可以向液体输入机械功;只检查毛细能是否单调下降会误判。应把表面牵引做功与黏性耗散放在一起比较。液丝还含有动能,不能只看表面积。
来源:U. Thiele · Eggers & Dupont · Bowen
完整例题:结果接近了多少
沿用第三章最大增长率为四分之一的无量纲例子。假设同一物理初态、同一观察时刻,在 个格点得到增长率 。相邻差为 和 ,相差四倍。这组教学数字符合二阶误差随网格间距平方缩小。
若已确认时间误差更小,Richardson 外推给出 。它与第三章独立线性式的最大增长率相符。只看两张外观差不多的图,会漏掉这个可以量化的差别。
真正比较时要保留同一连续初态。若每次换一套随机网格噪声,细网格上多出新的短波,差异就混入初态变化。还要在同一物理时间比较;用各自“断裂前一帧”比较,观察时间已经不同。
数值极限和物理极限要分别记录
网格只能表示比格距更宽的结构。细颈、前驱薄层附近的弯曲区和热点宽度都需要足够的格点;半径小于格距的某个阈值就停止,是分辨率规则。坡度过大、原先忽略的惯性变强、厚度接近分子尺度时,约化方程也可能失效。继续增加格点也不能修复缺少的物理。
停止时保存最后接受的有限、正厚度轮廓,以及触发停止的原因。不要把负高度截成很小的正数继续演化;那会改变质量、曲率和后续断裂位置。液丝模型用单值半径描述一个连通表面,跨过断裂要另行定义拓扑改变后的问题。
来源:Eggers & Dupont · U. Thiele
正则化参数本身也是实验条件
前驱膜厚度变了,既可能改变短程力,又可能改变表观接触角。应先说明保持哪些宏观量相同,再比较液滴移动和薄膜变细。把它只当成“让计算不崩”的旋钮,会把物理敏感性藏起来。
一个可重复记录至少包含模型版本、单位、边界、格数、时间步规则、初态种子、全部参数与未修改的高度或半径序列。另存解析参考、拟合区间与误差指标,读者就可以从同一记录重算增长率。