Un enfoque de homogenización para flujos turbulentos en canales sobre sustratos porosos: formulación e implementación de condiciones de contorno efectivas
Autores: Ahmed, Essam N.; Naqvi, Sahrish B.; Buda, Lorenzo; Bottaro, Alessandro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un enfoque de homogenización para flujos turbulentos en canales sobre sustratos porosos: formulación e implementación de condiciones de contorno efectivas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo
Medio poroso
Reducción de fricción en la piel
Enfoque de homogeneización
Condición de contorno de velocidad efectiva
Sustratos porosos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se considera el flujo turbulento a través de un canal plano limitado por una única pared permeable; este es un problema de interés ya que una distribución cuidadosamente elegida de granos y vacíos en el medio poroso puede resultar en una reducción de la fricción de la piel para el flujo en el canal. En el enfoque de homogeneización seguido aquí, el flujo no se resuelve en la capa porosa, sino que se desarrolla una condición de contorno de velocidad efectiva (y se aplica posteriormente) en una interfaz virtual entre el lecho poroso y el flujo del canal. La condición es válida hasta el orden dos en términos de un pequeño factor de escala, la relación entre las escalas de longitud microscópicas y macroscópicas; contiene coeficientes de deslizamiento, además de coeficientes de permeabilidad superficial y volumétrica, que surgen de la solución de problemas a microescala resueltos en un volumen elemental representativo. Usando las condiciones de contorno efectivas, libres de parámetros empíricos, se realizan simulaciones numéricas directas en el canal, considerando algunos sustratos porosos diferentes. Los resultados, examinados en términos de valores medios y estadísticas de turbulencia, demuestran los efectos de reducción de arrastre de los sustratos porosos con alineación preferencial en la dirección del flujo de los granos sólidos.
Descripción
Se considera el flujo turbulento a través de un canal plano limitado por una única pared permeable; este es un problema de interés ya que una distribución cuidadosamente elegida de granos y vacíos en el medio poroso puede resultar en una reducción de la fricción de la piel para el flujo en el canal. En el enfoque de homogeneización seguido aquí, el flujo no se resuelve en la capa porosa, sino que se desarrolla una condición de contorno de velocidad efectiva (y se aplica posteriormente) en una interfaz virtual entre el lecho poroso y el flujo del canal. La condición es válida hasta el orden dos en términos de un pequeño factor de escala, la relación entre las escalas de longitud microscópicas y macroscópicas; contiene coeficientes de deslizamiento, además de coeficientes de permeabilidad superficial y volumétrica, que surgen de la solución de problemas a microescala resueltos en un volumen elemental representativo. Usando las condiciones de contorno efectivas, libres de parámetros empíricos, se realizan simulaciones numéricas directas en el canal, considerando algunos sustratos porosos diferentes. Los resultados, examinados en términos de valores medios y estadísticas de turbulencia, demuestran los efectos de reducción de arrastre de los sustratos porosos con alineación preferencial en la dirección del flujo de los granos sólidos.