Aplicación de esquemas de captura de interfaz de volumen finito esencialmente no oscilatorios ponderados centralmente para modelar la cavitación inducida por una explosión submarina
Autores: Adebayo, Ebenezer Mayowa; Tsoutsanis, Panagiotis; Jenkins, Karl W.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Aplicación de esquemas de captura de interfaz de volumen finito esencialmente no oscilatorios ponderados centralmente para modelar la cavitación inducida por una explosión submarina
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cavitación
Interfaces
Choques
Simulaciones
Estructuras
Explosión submarina
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La cavitación resultante de explosiones submarinas en flujos multifásicos o multicomponentes presenta desafíos significativos debido a la naturaleza dinámica de las interacciones entre choque, cavitación y estructura, así como a la naturaleza compleja y discontinua de las interfaces involucradas. Lograr una resolución precisa de las interfaces entre diferentes fases o componentes, en presencia de choques, regiones de cavitación e interacciones estructurales, es crucial para modelar tales problemas. Además, la convergencia de presión en simulaciones que involucran interacciones entre choque, cavitación y estructura requiere algoritmos precisos. En este artículo de investigación, empleamos el método de interfaz difusa, también conocido como el esquema de captura de interfaz, para investigar la cavitación en varios casos de prueba de explosiones submarinas cerca de diferentes superficies: una superficie libre y una superficie rígida. Las simulaciones se llevan a cabo utilizando el marco de volúmenes finitos Navier-Stokes compresible no estructurado (UCNS3D) empleando esquemas de reconstrucción central ponderada esencialmente no oscilatoria (CWENO), utilizando la familia de métodos de interfaz difusa de cinco ecuaciones. Se realizan comparaciones cuantitativas entre el rendimiento de ambos modelos. Además, examinamos los efectos de la cavitación como una fuente de carga secundaria en estructuras y evaluamos la capacidad de los esquemas CWENO para capturar y resolver con precisión las interfaces de material entre fluidos con mínima disipación numérica o difuminado. Los resultados se comparan con métodos de alto orden existentes y datos experimentales, cuando es posible, para demostrar la robustez de los esquemas CWENO en la simulación de la dinámica de burbujas de cavitación, así como sus limitaciones dentro de la implementación actual de captura de interfaz.
Descripción
La cavitación resultante de explosiones submarinas en flujos multifásicos o multicomponentes presenta desafíos significativos debido a la naturaleza dinámica de las interacciones entre choque, cavitación y estructura, así como a la naturaleza compleja y discontinua de las interfaces involucradas. Lograr una resolución precisa de las interfaces entre diferentes fases o componentes, en presencia de choques, regiones de cavitación e interacciones estructurales, es crucial para modelar tales problemas. Además, la convergencia de presión en simulaciones que involucran interacciones entre choque, cavitación y estructura requiere algoritmos precisos. En este artículo de investigación, empleamos el método de interfaz difusa, también conocido como el esquema de captura de interfaz, para investigar la cavitación en varios casos de prueba de explosiones submarinas cerca de diferentes superficies: una superficie libre y una superficie rígida. Las simulaciones se llevan a cabo utilizando el marco de volúmenes finitos Navier-Stokes compresible no estructurado (UCNS3D) empleando esquemas de reconstrucción central ponderada esencialmente no oscilatoria (CWENO), utilizando la familia de métodos de interfaz difusa de cinco ecuaciones. Se realizan comparaciones cuantitativas entre el rendimiento de ambos modelos. Además, examinamos los efectos de la cavitación como una fuente de carga secundaria en estructuras y evaluamos la capacidad de los esquemas CWENO para capturar y resolver con precisión las interfaces de material entre fluidos con mínima disipación numérica o difuminado. Los resultados se comparan con métodos de alto orden existentes y datos experimentales, cuando es posible, para demostrar la robustez de los esquemas CWENO en la simulación de la dinámica de burbujas de cavitación, así como sus limitaciones dentro de la implementación actual de captura de interfaz.