Modelo de Partícula Simple para el Flujo Granular de Baja Densidad Interactuando con un Fluido Ambiental
Autores: Niiya, Hirofumi; Awazu, Akinori; Nishimori, Hiraku
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelo de Partícula Simple para el Flujo Granular de Baja Densidad Interactuando con un Fluido Ambiental
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Flujo granular
Modelo de partículas
Evolución temporal
Fuerzas
Simulaciones numéricas
Agregación de partículas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Para entender las evoluciones temporales de la velocidad y la forma frontal en un flujo granular de baja densidad, proponemos un modelo de partículas simple. Este modelo resuelve la ecuación de movimiento para cada partícula y simula la evolución temporal del flujo granular de baja densidad. Las partículas esféricas que constituyen un flujo granular de baja densidad se deslizan por una pendiente en un ángulo más pronunciado que el ángulo de reposo. El movimiento de las partículas se determina en función de tres fuerzas: la gravedad como fuerza impulsora, la fuerza repulsiva debido a la colisión de partículas y la fuerza de arrastre debido a la interacción de las partículas a través del fluido ambiente. Se realizan simulaciones numéricas bidimensionales de este modelo en la pendiente: el plano - paralelo a la pendiente y el plano - perpendicular a la pendiente. En el plano -, las partículas se agrupan en el frente en movimiento del flujo granular y, posteriormente, ocurre inestabilidad en el flujo como un patrón ondulado. Este patrón de flujo es causado por la interacción entre partículas que surge de la fuerza de arrastre. Además, se forma una convección de vórtice de partículas dentro de las agregaciones. Simultáneamente, también se encuentra agregación de partículas en el frente en movimiento del flujo granular en el plano -. La agregación se asemeja a una estructura de cabeza-cola, donde el ángulo frontal contra la pendiente se aproxima a 60 desde un ángulo mayor a medida que avanza el tiempo. Comparar el resultado numérico variando el tamaño de las partículas revela que la dinámica cualitativa del flujo granular es independiente del tamaño de las partículas. Aunque el modelo no es realista, nuestro estudio presenta un nuevo enfoque basado en partículas que elucida la dinámica del flujo granular de baja densidad.
Descripción
Para entender las evoluciones temporales de la velocidad y la forma frontal en un flujo granular de baja densidad, proponemos un modelo de partículas simple. Este modelo resuelve la ecuación de movimiento para cada partícula y simula la evolución temporal del flujo granular de baja densidad. Las partículas esféricas que constituyen un flujo granular de baja densidad se deslizan por una pendiente en un ángulo más pronunciado que el ángulo de reposo. El movimiento de las partículas se determina en función de tres fuerzas: la gravedad como fuerza impulsora, la fuerza repulsiva debido a la colisión de partículas y la fuerza de arrastre debido a la interacción de las partículas a través del fluido ambiente. Se realizan simulaciones numéricas bidimensionales de este modelo en la pendiente: el plano - paralelo a la pendiente y el plano - perpendicular a la pendiente. En el plano -, las partículas se agrupan en el frente en movimiento del flujo granular y, posteriormente, ocurre inestabilidad en el flujo como un patrón ondulado. Este patrón de flujo es causado por la interacción entre partículas que surge de la fuerza de arrastre. Además, se forma una convección de vórtice de partículas dentro de las agregaciones. Simultáneamente, también se encuentra agregación de partículas en el frente en movimiento del flujo granular en el plano -. La agregación se asemeja a una estructura de cabeza-cola, donde el ángulo frontal contra la pendiente se aproxima a 60 desde un ángulo mayor a medida que avanza el tiempo. Comparar el resultado numérico variando el tamaño de las partículas revela que la dinámica cualitativa del flujo granular es independiente del tamaño de las partículas. Aunque el modelo no es realista, nuestro estudio presenta un nuevo enfoque basado en partículas que elucida la dinámica del flujo granular de baja densidad.