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・表面張力

無次元化した表面張力は次式となる。界面の法線方向の応力を表しています。
nx, ny, nzは、法線ベクトルの 方向余弦、Kは曲率を表しています。
\[
\begin{aligned}
[\vec n^{\,*}\cdot\vec\sigma^{\,*}]
&=\left[\sum_{i=1}^{3}\vec\delta_i n_i\cdot
\sum_{j=1}^{3}\sum_{k=1}^{3}\vec\delta_j\vec\delta_k\sigma_{jk}^{*}\right]\\[6pt]
&=\sum_{i=1}^{3}\sum_{j=1}^{3}\sum_{k=1}^{3}
[\vec\delta_i\cdot\vec\delta_j\vec\delta_k]n_i\sigma_{jk}^{*}\\[6pt]
&=\sum_{i=1}^{3}\sum_{j=1}^{3}\sum_{k=1}^{3}
\delta_{ij}\vec\delta_k n_i\sigma_{jk}^{*}\\[6pt]
&=\sum_{i=1}^{3}\sum_{k=1}^{3}\vec\delta_k n_i\sigma_{ik}^{*}
\qquad(\because i=j)\\[6pt]
&=\sum_{k=1}^{3}\vec\delta_k\sum_{i=1}^{3}n_i\sigma_{ik}^{*}\\[6pt]
&=\sum_{k=1}^{3}\vec\delta_k
(n_x\sigma_{xk}^{*}+n_y\sigma_{yk}^{*}+n_z\sigma_{zk}^{*})\\[6pt]
&=\vec\delta_x(n_x\sigma_{xx}^{*}+n_y\sigma_{yx}^{*}+n_z\sigma_{zx}^{*})\\[6pt]
&\quad+\vec\delta_y(n_x\sigma_{xy}^{*}+n_y\sigma_{yy}^{*}+n_z\sigma_{zy}^{*})\\[6pt]
&\quad+\vec\delta_z(n_x\sigma_{xz}^{*}+n_y\sigma_{yz}^{*}+n_z\sigma_{zz}^{*})\\[6pt]
&=\vec\delta_x\frac{-2K^{*}}{We}n_x
+\vec\delta_y\frac{-2K^{*}}{We}n_y
+\vec\delta_z\frac{-2K^{*}}{We}n_z
\end{aligned}
\]
ここで、表面張力はLaplaceの式より
\[
[\vec n\cdot\vec\sigma]=-2\gamma K\vec n
\]
\[
p_{bd}=2\gamma K
\]
無次元化すると
\[
\begin{aligned}
[\vec n^{\,*}\cdot\vec\sigma^{\,*}]
&=-\frac{2\gamma K^{*}}{\rho v_0^2x_0}\vec n\\[6pt]
&=-\frac{2K^{*}}{We}\vec n\\[6pt]
&=\vec\delta_x\frac{-2K^{*}}{We}n_x
+\vec\delta_y\frac{-2K^{*}}{We}n_y
+\vec\delta_z\frac{-2K^{*}}{We}n_z
\end{aligned}
\]
\[
\begin{aligned}
P_{bd}^{*}
&=\frac{P_{bd}}{\rho v_0^2}\\[6pt]
&=\frac{2\gamma K}{\rho v_0^2}\\[6pt]
&=\frac{2\gamma K^{*}}{\rho v_0^2x_0}\\[6pt]
&=\frac{2K^{*}}{We}\\[6pt]
&=\frac{2K^{*}}{Oh^2}
\end{aligned}
\]
4面体1次要素の場合は、下図の様に与えられます。

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