Simulación de flujo de superficie libre por un tanque cilíndrico numérico viscoso
Autores: Ren, Xingyue; Xiong, Fangjie; Qu, Ke; Mizutani, Norimi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Simulación de flujo de superficie libre por un tanque cilíndrico numérico viscoso
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Flujo de superficie libre
Tanque cilíndrico
Sistema de rejilla
Dirección azimutal
Volumen de Fluido
Ecuaciones de Navier-Stokes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Para investigar numéricamente la evolución del flujo de superficie libre en un tanque cilíndrico, generalmente se aplica un sistema de rejilla estructurada regular en coordenadas cilíndricas para resolver ecuaciones de control basadas en el modelo de flujo de dos fases incompresible. Dado que el espaciado de la rejilla en la dirección azimutal es proporcional a la distancia radial en un sistema de rejilla estructurada regular, se obtendría un espaciado de rejilla muy pequeño en la dirección azimutal y requeriría un paso de tiempo computacional muy pequeño para satisfacer la restricción de estabilidad. Además, pueden ocurrir problemas graves de desequilibrio de masas a través de la convección de la superficie libre con el método de Volumen de Fluido (VOF). Por lo tanto, en el presente documento, se implementó la técnica de rejilla embebida zonal para superar esos problemas ajustando gradualmente la resolución de la malla en diferentes bloques de rejilla. Sobre el sistema de rejilla embebida, se desarrolló un algoritmo de volumen finito para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes en coordenadas cilíndricas tridimensionales. Se aplicó un esquema de alta resolución para resolver la superficie libre entre las fases de aire y agua basado en el método VOF. El cálculo de la convección del líquido bajo un campo de velocidad dado muestra que el método VOF implementado con una rejilla embebida zonal es más avanzado en mantener la continuidad de masa que con un sistema de rejilla estructurada regular. Además, el modelo propuesto también se aplicó para simular la evolución transitoria aguda del flujo de rotura de una presa circular. Los resultados de la simulación fueron validados contra el software comercial Fluent, lo que muestra una buena concordancia, y el modelo propuesto no produce ninguna oscilación de superficie libre.
Descripción
Para investigar numéricamente la evolución del flujo de superficie libre en un tanque cilíndrico, generalmente se aplica un sistema de rejilla estructurada regular en coordenadas cilíndricas para resolver ecuaciones de control basadas en el modelo de flujo de dos fases incompresible. Dado que el espaciado de la rejilla en la dirección azimutal es proporcional a la distancia radial en un sistema de rejilla estructurada regular, se obtendría un espaciado de rejilla muy pequeño en la dirección azimutal y requeriría un paso de tiempo computacional muy pequeño para satisfacer la restricción de estabilidad. Además, pueden ocurrir problemas graves de desequilibrio de masas a través de la convección de la superficie libre con el método de Volumen de Fluido (VOF). Por lo tanto, en el presente documento, se implementó la técnica de rejilla embebida zonal para superar esos problemas ajustando gradualmente la resolución de la malla en diferentes bloques de rejilla. Sobre el sistema de rejilla embebida, se desarrolló un algoritmo de volumen finito para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes en coordenadas cilíndricas tridimensionales. Se aplicó un esquema de alta resolución para resolver la superficie libre entre las fases de aire y agua basado en el método VOF. El cálculo de la convección del líquido bajo un campo de velocidad dado muestra que el método VOF implementado con una rejilla embebida zonal es más avanzado en mantener la continuidad de masa que con un sistema de rejilla estructurada regular. Además, el modelo propuesto también se aplicó para simular la evolución transitoria aguda del flujo de rotura de una presa circular. Los resultados de la simulación fueron validados contra el software comercial Fluent, lo que muestra una buena concordancia, y el modelo propuesto no produce ninguna oscilación de superficie libre.