Modulación de la Turbulencia por Fibras Esbeltas
Autores: Di Giusto, Davide; Marchioli, Cristian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modulación de la Turbulencia por Fibras Esbeltas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbulencia
Fibras
Simulaciones
Flujo
Acoplamiento bidireccional
Inercia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, investigamos numéricamente la modulación de la turbulencia producida por fibras largas y flexibles en el flujo de canal. Las simulaciones se basan en un enfoque Euler-Lagrangiano, donde las fibras se modelan como cadenas de varillas sub-Kolmogorov restringidas. Se despliega un nuevo algoritmo para hacer que la resolución de sistemas dispersos de ecuaciones de restricción, que representan las fibras, sea compatible con un solucionador de flujo acelerado por unidades de procesamiento gráfico de última generación para simulaciones numéricas directas en el régimen de acoplamiento bidireccional en arquitecturas de computación de alto rendimiento. El acoplamiento bidireccional se tiene en cuenta utilizando el método de partículas puntuales regularizadas exactas, que permite calcular la perturbación generada por las fibras en el flujo considerando mallas progresivamente refinadas, hasta una escala de longitud cuasi-viscosa. La rigidez a la flexión de las fibras también se modela, mientras que las colisiones se desestiman. Se presentan resultados de estadísticas de velocidad del fluido para un número de Reynolds de fricción del flujo Re=150 y fibras con número de Stokes St = 0.01 (casi trazadores) y 10 (inerciales), con especial atención a la modulación de la turbulencia y su dependencia de la inercia de las fibras y la fracción de volumen (igual a 2.12·10-5 y 2.12·10-4). También se muestran las tensiones no newtonianas determinadas por la fase transportada, determinadas por fibras largas y delgadas con una relación de aspecto fija tot=200, que se extienden hasta el rango inercial del flujo turbulento.
Descripción
En este artículo, investigamos numéricamente la modulación de la turbulencia producida por fibras largas y flexibles en el flujo de canal. Las simulaciones se basan en un enfoque Euler-Lagrangiano, donde las fibras se modelan como cadenas de varillas sub-Kolmogorov restringidas. Se despliega un nuevo algoritmo para hacer que la resolución de sistemas dispersos de ecuaciones de restricción, que representan las fibras, sea compatible con un solucionador de flujo acelerado por unidades de procesamiento gráfico de última generación para simulaciones numéricas directas en el régimen de acoplamiento bidireccional en arquitecturas de computación de alto rendimiento. El acoplamiento bidireccional se tiene en cuenta utilizando el método de partículas puntuales regularizadas exactas, que permite calcular la perturbación generada por las fibras en el flujo considerando mallas progresivamente refinadas, hasta una escala de longitud cuasi-viscosa. La rigidez a la flexión de las fibras también se modela, mientras que las colisiones se desestiman. Se presentan resultados de estadísticas de velocidad del fluido para un número de Reynolds de fricción del flujo Re=150 y fibras con número de Stokes St = 0.01 (casi trazadores) y 10 (inerciales), con especial atención a la modulación de la turbulencia y su dependencia de la inercia de las fibras y la fracción de volumen (igual a 2.12·10-5 y 2.12·10-4). También se muestran las tensiones no newtonianas determinadas por la fase transportada, determinadas por fibras largas y delgadas con una relación de aspecto fija tot=200, que se extienden hasta el rango inercial del flujo turbulento.