Estudio basado en Hidrodinámica de Partículas Suavizadas de Microflujos Confinados en 3D
Autores: Chatzoglou, Efstathios; Liakopoulos, Antonios; Sofos, Filippos
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estudio basado en Hidrodinámica de Partículas Suavizadas de Microflujos Confinados en 3D
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Hidrodinámica de partículas suavizadas
Flujos
Microcanales
Simulación
Método
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, investigamos el rendimiento del método de hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) en relación con el cálculo de flujos confinados en microcanales. La modelización y simulación numérica con SPH implican la representación de la materia en flujo como puntos de masa distintos, lo que lleva a la discretización de las ecuaciones de Navier-Stokes. La metodología computacional exhibe similitudes con otros métodos de partículas bien establecidos, como la dinámica molecular (MD), la dinámica de partículas disipativas (DPD) y la dinámica de partículas disipativas suaves (SDPD). SPH ha sido ampliamente probado en la simulación de flujos de superficie libre. Sin embargo, los estudios sobre el rendimiento del método en cálculos de flujo interno son limitados. En este trabajo, estudiamos flujos en microcanales de secciones transversales variables con una formulación SPH débilmente compresible. Después de estudios preliminares de flujos en ductos rectos de sección transversal constante, nos enfocamos en canales con expansión y/o contracción súbita. Se discuten modelos de flujo basados en condiciones de contorno de entrada/salida periódicas o diversas y sus implementaciones en el contexto de simulaciones en 2D y 3D. Se realizan experimentos numéricos para evaluar la precisión del método en términos de caudal, perfiles de velocidad y tensión de corte en la pared. La relación entre f y Re para canales de sección transversal constante se calcula con excelente precisión. SPH capturó las características del flujo y logró una muy buena precisión. Los efectos de compresibilidad debido a la formulación de hidrodinámica de partículas suavizadas débilmente compresibles (WCSPH) son insignificantes para los flujos considerados. Se destacan varias dificultades y trampas típicas en la aplicación del método SPH en conductos cerrados, así como algunas de las necesidades inmediatas para la mejora del método.
Descripción
En este estudio, investigamos el rendimiento del método de hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) en relación con el cálculo de flujos confinados en microcanales. La modelización y simulación numérica con SPH implican la representación de la materia en flujo como puntos de masa distintos, lo que lleva a la discretización de las ecuaciones de Navier-Stokes. La metodología computacional exhibe similitudes con otros métodos de partículas bien establecidos, como la dinámica molecular (MD), la dinámica de partículas disipativas (DPD) y la dinámica de partículas disipativas suaves (SDPD). SPH ha sido ampliamente probado en la simulación de flujos de superficie libre. Sin embargo, los estudios sobre el rendimiento del método en cálculos de flujo interno son limitados. En este trabajo, estudiamos flujos en microcanales de secciones transversales variables con una formulación SPH débilmente compresible. Después de estudios preliminares de flujos en ductos rectos de sección transversal constante, nos enfocamos en canales con expansión y/o contracción súbita. Se discuten modelos de flujo basados en condiciones de contorno de entrada/salida periódicas o diversas y sus implementaciones en el contexto de simulaciones en 2D y 3D. Se realizan experimentos numéricos para evaluar la precisión del método en términos de caudal, perfiles de velocidad y tensión de corte en la pared. La relación entre f y Re para canales de sección transversal constante se calcula con excelente precisión. SPH capturó las características del flujo y logró una muy buena precisión. Los efectos de compresibilidad debido a la formulación de hidrodinámica de partículas suavizadas débilmente compresibles (WCSPH) son insignificantes para los flujos considerados. Se destacan varias dificultades y trampas típicas en la aplicación del método SPH en conductos cerrados, así como algunas de las necesidades inmediatas para la mejora del método.