Tratamiento Numérico de la Interfaz en Flujos de Dos Fases Usando un Marco Compresible en OpenFOAM: Demostración en un Caso de Impacto de Gota a Alta Velocidad
Autores: Tretola, Giovanni; Vogiatzaki, Konstantina
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Tratamiento Numérico de la Interfaz en Flujos de Dos Fases Usando un Marco Compresible en OpenFOAM: Demostración en un Caso de Impacto de Gota a Alta Velocidad
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Impresión de tinta
Entrega de medicamentos
Inyección de combustible
Marco compresible
Método de volumen de fluidos
Técnicas de tratamiento interfacial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La capacidad de predecir con precisión la dinámica de interfaces en movimiento rápido y deformándose es de interés para una serie de aplicaciones, incluyendo la impresión de tinta, la entrega de medicamentos y la inyección de combustible. En el trabajo actual presentamos un nuevo marco compresible dentro de OpenFOAM que incorpora estrategias de mitigación para el conocido problema de las corrientes espurias. El marco incorpora el método algebraico compresible de Volumen de Fluido (VoF) con técnicas adicionales de tratamiento interfacial, incluyendo el suavizado y agudizado de la fracción de volumen (para el cálculo de las geometrías de la interfaz y la fuerza de tensión superficial, respectivamente), así como el filtrado de las fuerzas capilares. El marco se prueba contra diferentes puntos de referencia: una gota estacionaria en 2D, un caso de gota de impacto a alta velocidad (velocidad de impacto de 500 m/s) contra un sustrato seco y, con las mismas condiciones de impacto, contra una película líquida. Para el caso de la gota estática en 2D, nuestros resultados son consistentes con lo que se observa en la literatura cuando estas estrategias se implementan dentro de marcos incompresibles. Para los casos de gotas de alto impacto, encontramos que tener en cuenta tanto la compresibilidad como la correcta representación de la interfaz es muy importante en las simulaciones numéricas, ya que las ondas de presión se desarrollan y propagan dentro de la gota interactuando con la interfaz. Si bien las estrategias implementadas no alteran la dinámica del impacto y la forma de la gota, tienen un efecto considerable en la formación de la lámina. Nuestro método numérico, aunque actualmente implementado para casos de gotas, también puede ser utilizado para cualquier interfaz en movimiento rápido, con o sin considerar el impacto en una superficie.
Descripción
La capacidad de predecir con precisión la dinámica de interfaces en movimiento rápido y deformándose es de interés para una serie de aplicaciones, incluyendo la impresión de tinta, la entrega de medicamentos y la inyección de combustible. En el trabajo actual presentamos un nuevo marco compresible dentro de OpenFOAM que incorpora estrategias de mitigación para el conocido problema de las corrientes espurias. El marco incorpora el método algebraico compresible de Volumen de Fluido (VoF) con técnicas adicionales de tratamiento interfacial, incluyendo el suavizado y agudizado de la fracción de volumen (para el cálculo de las geometrías de la interfaz y la fuerza de tensión superficial, respectivamente), así como el filtrado de las fuerzas capilares. El marco se prueba contra diferentes puntos de referencia: una gota estacionaria en 2D, un caso de gota de impacto a alta velocidad (velocidad de impacto de 500 m/s) contra un sustrato seco y, con las mismas condiciones de impacto, contra una película líquida. Para el caso de la gota estática en 2D, nuestros resultados son consistentes con lo que se observa en la literatura cuando estas estrategias se implementan dentro de marcos incompresibles. Para los casos de gotas de alto impacto, encontramos que tener en cuenta tanto la compresibilidad como la correcta representación de la interfaz es muy importante en las simulaciones numéricas, ya que las ondas de presión se desarrollan y propagan dentro de la gota interactuando con la interfaz. Si bien las estrategias implementadas no alteran la dinámica del impacto y la forma de la gota, tienen un efecto considerable en la formación de la lámina. Nuestro método numérico, aunque actualmente implementado para casos de gotas, también puede ser utilizado para cualquier interfaz en movimiento rápido, con o sin considerar el impacto en una superficie.