Modelado de Cavitación Acústica Usando un Algoritmo Basado en Presión para Fluidos Politrópicos
Autores: Denner, Fabian; Evrard, Fabien; van Wachem, Berend
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelado de Cavitación Acústica Usando un Algoritmo Basado en Presión para Fluidos Politrópicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cavitación acústica
Marco de volumen finito
Sistemas de gas-líquido politrópicos
Discretización conservativa de volumen finito
Método de volumen de fluidos
Dinámica de burbujas impulsadas por presión
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Se propone un algoritmo completamente acoplado basado en presión y un marco de volumen finito para la simulación de la cavitación acústica de burbujas en sistemas de gas-líquido politrópicos. El algoritmo se basa en una discretización conservadora de volumen finito con disposición de variables colocalizadas, en la que las ecuaciones de gobierno discretizadas se resuelven en un único sistema lineal de ecuaciones para presión y velocidad. La densidad se describe mediante el modelo de gas endurecido politrópico de Noble-Abel y la interfaz entre las fases volumétricas interactivas se captura mediante un método algebraico de Volumen de Fluido (VOF) de última generación. El nuevo algoritmo numérico se valida utilizando casos de prueba representativos de la interacción de ondas acústicas con la interfaz gas-líquido, así como la dinámica de burbujas impulsadas por presión en dominios infinitos y confinados, mostrando una excelente concordancia de los resultados obtenidos con el algoritmo propuesto en comparación con la teoría acústica lineal, el modelo de Gilmore y experimentos de alta fidelidad.
Descripción
Se propone un algoritmo completamente acoplado basado en presión y un marco de volumen finito para la simulación de la cavitación acústica de burbujas en sistemas de gas-líquido politrópicos. El algoritmo se basa en una discretización conservadora de volumen finito con disposición de variables colocalizadas, en la que las ecuaciones de gobierno discretizadas se resuelven en un único sistema lineal de ecuaciones para presión y velocidad. La densidad se describe mediante el modelo de gas endurecido politrópico de Noble-Abel y la interfaz entre las fases volumétricas interactivas se captura mediante un método algebraico de Volumen de Fluido (VOF) de última generación. El nuevo algoritmo numérico se valida utilizando casos de prueba representativos de la interacción de ondas acústicas con la interfaz gas-líquido, así como la dinámica de burbujas impulsadas por presión en dominios infinitos y confinados, mostrando una excelente concordancia de los resultados obtenidos con el algoritmo propuesto en comparación con la teoría acústica lineal, el modelo de Gilmore y experimentos de alta fidelidad.