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Un esquema robusto de solución de crecimiento de burbujas para implementación en el análisis CFD de flujos multifásicos

Autores: Pang, Hao; Ngaile, Gracious

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Un esquema robusto de solución de crecimiento de burbujas para implementación en el análisis CFD de flujos multifásicos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Rayleigh-Plesset
Ecuación
Flujo cavitante
Dinámica de fluidos computacional
Esquemas de solución numérica
Evolución de burbujas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 25

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Aunque la forma completa de la ecuación Rayleigh-Plesset (RP) describe con mayor precisión el comportamiento de la burbuja en un flujo cavitante que su forma reducida, encuentra mucho menos aplicación que esta última en la simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) debido a su alta rigidez. El esquema tradicional de paso de tiempo variable para la ecuación RP en su forma completa es difícil de integrar con el programa de CFD ya que requiere un paso de tiempo muy pequeño en el punto de singularidad para la convergencia y este tamaño de paso puede ser incompatible con el avance temporal de las ecuaciones de conservación. Este documento presenta dos esquemas de solución numérica estables y eficientes basados en el método de diferencias finitas y el método de Euler para que la ecuación RP en su forma completa pueda ser mejor aceptada por el programa de CFD. Al emplear un radio de burbuja truncado para aproximar el tamaño mínimo de la burbuja en la etapa de colapso, los esquemas propuestos resuelven el radio de la burbuja y la velocidad de la pared de manera explícita. Los esquemas de solución propuestos son más robustos para una amplia gama de perfiles de presión ambiente que los esquemas tradicionales y evitan un refinamiento excesivo en el paso de tiempo en el punto de singularidad. Dado que el esquema de solución propuesto puede calcular los efectos del término de segundo orden, la viscosidad del líquido y la tensión superficial en la evolución de la burbuja, proporciona una estimación más precisa de la velocidad de la pared para la tasa de vaporización o condensación, que se utiliza ampliamente en el modelo de cavitación en la simulación de CFD. La legitimidad de los esquemas de solución se manifiesta en el acuerdo entre los resultados de estos esquemas y los establecidos en la literatura. Los esquemas de solución propuestos son más robustos frente a una amplia gama de perfiles de presión ambiente.

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