Modellen beskriver inkompressibel strømning av ikke blandbare væsker styrt av Navier Stokes ligninger, inkludert sprangbetingelser over væskegrensene. Grenseflatene mellom væskene fanges opp ved hjelp av en nivåsettmetode (level set method) som håndterer topologiske endringer, slik at overflater kan slå seg sammen og brytes opp. levelZ modellen brukes derfor til å studere fenomener som dråpesammensmelting (koalesens), sprett, jetdannelse og delvis koalesens, som er krevende prosesser å modellere og simulere nøyaktig.
Modellen inkluderer også effekter fra elektriske felt og overflateaktive stoffer (surfaktanter), noe som gjør den egnet til å studere sammensmelting av vanndråper i olje under påvirkning av elektriske felt. Det numeriske rammeverket inneholder i tillegg modeller for varmeutveksling og faseoverganger, samt modeller for mer stive overflatebelegg på dråper, som for eksempel asfaltener. Komplekse geometrier kan inkluderes ved hjelp av en penaliseringsmetode. Modellen viser god kvalitativ overensstemmelse med eksperimentelle data og resultater fra tidligere studier i litteraturen.
Eksempler på studier som er muliggjort gjennom levelZ modellen er:
- Fallende dråper som treffer en væskeoverflate (se eksempel i figuren nedenfor)
- Simuleringer av frontkollisjoner mellom dråper, både med og uten påvirkning fra elektriske krefter og overflateaktive stoffer (surfaktanter)
- Koking, selv om dette er begrenset til Boussinesq tilnærmingen for tettheten (en forenkling der tetthetsvariasjoner kun tas hensyn til i oppdriftsleddet)
Grunnleggende kunnskap om slike prosesser er viktig, blant annet for design av varmevekslere i anlegg for flytende naturgass (LNG), samt for å forstå elektrokoalesensprosesser ved separasjon av vann og olje.
En vanndråpe med diameter 1,1 mm som slår seg sammen med en vannbassengflate. Omgivende væske er 20 % polybuten i dekan. Bildene er tatt med 542 μs mellomrom. Pilene viser kapillærbølgen, mens de horisontale linjene markerer toppen av boblen i det første bildet. (a) viser det eksperimentelle resultatet, gjengitt med tillatelse fra Chen et al. (2006), Opphavsrett 2006 American Institute of Physics. (b) viser simuleringsresultatet. Figuren er gjengitt med tillatelse fra Ervik et al. (2014), Copyright 2013 Elsevier Inc.