Un marco de métodos de Runge-Kutta, Galerkin discontinua, nivel de conjunto y métodos directos de fluido fantasma para la simulación multidimensional de explosiones submarinas
Autores: Si, Nan; Brown, Alan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un marco de métodos de Runge-Kutta, Galerkin discontinua, nivel de conjunto y métodos directos de fluido fantasma para la simulación multidimensional de explosiones submarinas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Desarrollo
Marco híbrido
UNDEX
Simulación
Interacciones fluido-estructura
Solucionador CFD
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo describe el desarrollo de un marco híbrido de métodos de Runge-Kutta (RK), Galerkin discontinuo (DG), conjunto de niveles (LS) y método directo de fluido fantasma (DGFM) para la simulación de explosiones submarinas (UNDEX) en el campo cercano y en las primeras etapas del diseño de barcos. Los problemas de UNDEX presentan una serie de desafíos que deben resolverse. Las ecuaciones gobernantes del fluido, que son multidimensionales, multifásicas, compresibles e inviscidas, deben resolverse numéricamente. El frente de choque en el campo de solución debe capturarse con precisión mientras se mantienen las propiedades de disminución de la variación total (TVD). La interfaz entre el gas explosivo y el agua debe rastrearse sin permitir que la difusión numérica a través de la interfaz del material conduzca a oscilaciones de presión espurias y, por lo tanto, al fallo de la simulación. La condición de contorno no reflexiva (NRBC) debe absorber efectivamente la onda y evitar que se refleje de nuevo en el fluido. Además, el solucionador CFD debe tener la capacidad de lidiar con interacciones fluido-estructura (FSI) donde tanto el fluido como los dominios estructurales responden con deformaciones significativas. Estos problemas requieren un modelo híbrido. Se desarrollan solucionadores CFD internos (UNDEXVT) para probar la aplicabilidad de este marco. En este desarrollo, se realizan verificaciones y validaciones del código. Se comparan diferentes métodos de implementación de condiciones de contorno no reflexivas (NRBCs). Se presentan los resultados de simulación de casos unidimensionales y multidimensionales que poseen características de UNDEX en el campo cercano y en las primeras etapas, como ondas de choque y rarefacción en el fluido, la burbuja de explosión y la variación de su radio a lo largo del tiempo. Se introduce la investigación continua sobre FSI acoplado bidireccional con grandes deformaciones, y junto con una descripción más completa del método directo de fluido fantasma (DGFM) en este marco se describirá en trabajos posteriores.
Descripción
Este trabajo describe el desarrollo de un marco híbrido de métodos de Runge-Kutta (RK), Galerkin discontinuo (DG), conjunto de niveles (LS) y método directo de fluido fantasma (DGFM) para la simulación de explosiones submarinas (UNDEX) en el campo cercano y en las primeras etapas del diseño de barcos. Los problemas de UNDEX presentan una serie de desafíos que deben resolverse. Las ecuaciones gobernantes del fluido, que son multidimensionales, multifásicas, compresibles e inviscidas, deben resolverse numéricamente. El frente de choque en el campo de solución debe capturarse con precisión mientras se mantienen las propiedades de disminución de la variación total (TVD). La interfaz entre el gas explosivo y el agua debe rastrearse sin permitir que la difusión numérica a través de la interfaz del material conduzca a oscilaciones de presión espurias y, por lo tanto, al fallo de la simulación. La condición de contorno no reflexiva (NRBC) debe absorber efectivamente la onda y evitar que se refleje de nuevo en el fluido. Además, el solucionador CFD debe tener la capacidad de lidiar con interacciones fluido-estructura (FSI) donde tanto el fluido como los dominios estructurales responden con deformaciones significativas. Estos problemas requieren un modelo híbrido. Se desarrollan solucionadores CFD internos (UNDEXVT) para probar la aplicabilidad de este marco. En este desarrollo, se realizan verificaciones y validaciones del código. Se comparan diferentes métodos de implementación de condiciones de contorno no reflexivas (NRBCs). Se presentan los resultados de simulación de casos unidimensionales y multidimensionales que poseen características de UNDEX en el campo cercano y en las primeras etapas, como ondas de choque y rarefacción en el fluido, la burbuja de explosión y la variación de su radio a lo largo del tiempo. Se introduce la investigación continua sobre FSI acoplado bidireccional con grandes deformaciones, y junto con una descripción más completa del método directo de fluido fantasma (DGFM) en este marco se describirá en trabajos posteriores.