Esquema numérico iterativo para flujo bifásico no isotérmico en medios porosos heterogéneos
Autores: El-Amin, Mohamed F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Esquema numérico iterativo para flujo bifásico no isotérmico en medios porosos heterogéneos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Algoritmo
Flujo bifásico
Transferencia de calor
Medios porosos
Presión implícita
Saturación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
En el presente artículo, se desarrolla un algoritmo iterativo para simular el problema de flujo bifásico con transferencia de calor en medios porosos. La fuerza corporal convectiva causada por la transferencia de calor se describe mediante la aproximación de Boussinesq en todo momento con las ecuaciones gobernantes, a saber, presión, saturación y energía. Las dos ecuaciones acopladas de presión y saturación se resuelven utilizando el esquema de presión implícita-saturación explícita (IMPES), mientras que la ecuación de energía se trata de forma implícita, y el esquema se llama presión implícita iterativa, saturación explícita, temperatura implícita (I-IMPES-IMT). Para calcular la presión de forma implícita, las ecuaciones de presión y saturación se acoplan linealizando la presión capilar que es una función de la saturación. Después, se resuelve explícitamente la ecuación de saturación. Luego, se calcula la velocidad que se utiliza en la ecuación de energía para calcular la temperatura de forma implícita. Se utiliza el método de diferencias finitas centradas en la celda (CCFD) para la discretización espacial. Además, se utiliza un factor de relajación junto con la condición de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Finalmente, para ilustrar la eficiencia del algoritmo desarrollado, se presentan estimaciones de error para saturación y temperatura para diferentes valores de pasos de tiempo y número de iteraciones. Además, se presentan ejemplos numéricos de diferentes escenarios físicos de medios heterogéneos.
Descripción
En el presente artículo, se desarrolla un algoritmo iterativo para simular el problema de flujo bifásico con transferencia de calor en medios porosos. La fuerza corporal convectiva causada por la transferencia de calor se describe mediante la aproximación de Boussinesq en todo momento con las ecuaciones gobernantes, a saber, presión, saturación y energía. Las dos ecuaciones acopladas de presión y saturación se resuelven utilizando el esquema de presión implícita-saturación explícita (IMPES), mientras que la ecuación de energía se trata de forma implícita, y el esquema se llama presión implícita iterativa, saturación explícita, temperatura implícita (I-IMPES-IMT). Para calcular la presión de forma implícita, las ecuaciones de presión y saturación se acoplan linealizando la presión capilar que es una función de la saturación. Después, se resuelve explícitamente la ecuación de saturación. Luego, se calcula la velocidad que se utiliza en la ecuación de energía para calcular la temperatura de forma implícita. Se utiliza el método de diferencias finitas centradas en la celda (CCFD) para la discretización espacial. Además, se utiliza un factor de relajación junto con la condición de Courant-Friedrichs-Lewy (CFL). Finalmente, para ilustrar la eficiencia del algoritmo desarrollado, se presentan estimaciones de error para saturación y temperatura para diferentes valores de pasos de tiempo y número de iteraciones. Además, se presentan ejemplos numéricos de diferentes escenarios físicos de medios heterogéneos.