Un Método de Elementos Finitos de Dominio Ficticio Ajustado a la Interfaz para la Simulación de Partículas Neutras en Flujo de Corte Plano
Autores: Liang, Yi; Wang, Cheng; Sun, Pengtao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un Método de Elementos Finitos de Dominio Ficticio Ajustado a la Interfaz para la Simulación de Partículas Neutras en Flujo de Corte Plano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Interfaz ajustada
Dominio ficticio
Método de elementos finitos
Interacción fluido-partícula rígida
Método numérico
Precisión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, se desarrolla un método de elementos finitos en un dominio ficticio ajustado a la interfaz para la simulación de problemas de interacción entre fluidos y partículas rígidas en casos de partículas rotadas con desplazamientos pequeños, donde se emplea una malla ajustada a la interfaz para el esquema discreto con el fin de capturar con precisión la interfaz entre el fluido y la partícula rígida, mejorando así la precisión de la solución cerca de la interfaz. Además, se presenta un proceso de linealización y desacoplamiento para liberar la restricción entre las velocidades de los fluidos y las partículas rígidas en el espacio de elementos finitos, y para facilitar la implementación del método numérico desarrollado. Nuestros experimentos numéricos se llevan a cabo utilizando dos mallas ajustadas a la interfaz en movimiento diferentes; una se obtiene mediante un mapeo Lagrangiano-Euleriano (ALE) arbitrario rotacional, y la otra a través de un proceso de suavizado local entre elementos cortados por la interfaz. Se define una velocidad unificada en todo el dominio basada en el método del dominio ficticio, lo que facilita el desarrollo de un algoritmo de generación de mallas ajustadas a la interfaz en un dominio fijo. Ambos muestran que el método propuesto tiene un buen rendimiento en precisión para simular una partícula de flotabilidad neutra en un flujo de corte plano. Este enfoque se puede extender fácilmente a problemas de interacción entre fluidos y estructuras que involucren fluidos en diferentes estados y estructuras en diferentes formas con grandes desplazamientos o deformaciones.
Descripción
En este artículo, se desarrolla un método de elementos finitos en un dominio ficticio ajustado a la interfaz para la simulación de problemas de interacción entre fluidos y partículas rígidas en casos de partículas rotadas con desplazamientos pequeños, donde se emplea una malla ajustada a la interfaz para el esquema discreto con el fin de capturar con precisión la interfaz entre el fluido y la partícula rígida, mejorando así la precisión de la solución cerca de la interfaz. Además, se presenta un proceso de linealización y desacoplamiento para liberar la restricción entre las velocidades de los fluidos y las partículas rígidas en el espacio de elementos finitos, y para facilitar la implementación del método numérico desarrollado. Nuestros experimentos numéricos se llevan a cabo utilizando dos mallas ajustadas a la interfaz en movimiento diferentes; una se obtiene mediante un mapeo Lagrangiano-Euleriano (ALE) arbitrario rotacional, y la otra a través de un proceso de suavizado local entre elementos cortados por la interfaz. Se define una velocidad unificada en todo el dominio basada en el método del dominio ficticio, lo que facilita el desarrollo de un algoritmo de generación de mallas ajustadas a la interfaz en un dominio fijo. Ambos muestran que el método propuesto tiene un buen rendimiento en precisión para simular una partícula de flotabilidad neutra en un flujo de corte plano. Este enfoque se puede extender fácilmente a problemas de interacción entre fluidos y estructuras que involucren fluidos en diferentes estados y estructuras en diferentes formas con grandes desplazamientos o deformaciones.