Simulación numérica de la interacción entre una onda de choque plana y una burbuja cilíndrica
Autores: Onwuegbu, Solomon; Yang, Zhiyin; Xie, Jianfei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulación numérica de la interacción entre una onda de choque plana y una burbuja cilíndrica
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Simulación de procesos industriales
Palabras clave
Dinámica de fluidos computacional
Onda de choque
Burbuja cilíndrica
Navier-Stokes promediado en Reynolds
Filamentos de vórtice
Turbulencia
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se han realizado simulaciones tridimensionales (3D) de dinámica de fluidos computacional (CFD) para investigar la compleja interacción de una onda de choque plana (Ma = 1.22) con una burbuja cilíndrica. El enfoque de Navier-Stokes promediado en Reynolds no estacionario (URANS) con un método de nivel conjunto con volumen de fluido (LSVOF) ha sido aplicado en el presente estudio. Las velocidades predichas de la onda refractada, onda transmitida, interfaz aguas arriba, interfaz aguas abajo, chorro y filamentos de vórtice están en muy buena concordancia con los datos experimentales. Las velocidades no dimensionales predichas de la burbuja y el vórtice también tienen una gran concordancia con los datos experimentales en comparación con un modelo simple de inestabilidad Rayleigh-Taylor inducida por choque (es decir, inestabilidad Richtmyer-Meshkov) y otros modelos teóricos. Los cambios simulados en la forma y tamaño de la burbuja (longitud y ancho) con el tiempo concuerdan muy bien con los resultados experimentales. El análisis exhaustivo del flujo ha mostrado claramente el proceso de interacción choque-burbuja (SBI) desde el inicio de la compresión de la burbuja hasta la formación de filamentos de vórtice, especialmente elucidando el mecanismo de formación y desarrollo del chorro de aire. Se demuestra por primera vez que la turbulencia se genera en la fase temprana del proceso de interacción de la burbuja cilíndrica con el choque, con la máxima intensidad de turbulencia alcanzando alrededor del 20% alrededor de las regiones de filamentos de vórtice en la fase posterior del proceso de interacción.
Descripción
Se han realizado simulaciones tridimensionales (3D) de dinámica de fluidos computacional (CFD) para investigar la compleja interacción de una onda de choque plana (Ma = 1.22) con una burbuja cilíndrica. El enfoque de Navier-Stokes promediado en Reynolds no estacionario (URANS) con un método de nivel conjunto con volumen de fluido (LSVOF) ha sido aplicado en el presente estudio. Las velocidades predichas de la onda refractada, onda transmitida, interfaz aguas arriba, interfaz aguas abajo, chorro y filamentos de vórtice están en muy buena concordancia con los datos experimentales. Las velocidades no dimensionales predichas de la burbuja y el vórtice también tienen una gran concordancia con los datos experimentales en comparación con un modelo simple de inestabilidad Rayleigh-Taylor inducida por choque (es decir, inestabilidad Richtmyer-Meshkov) y otros modelos teóricos. Los cambios simulados en la forma y tamaño de la burbuja (longitud y ancho) con el tiempo concuerdan muy bien con los resultados experimentales. El análisis exhaustivo del flujo ha mostrado claramente el proceso de interacción choque-burbuja (SBI) desde el inicio de la compresión de la burbuja hasta la formación de filamentos de vórtice, especialmente elucidando el mecanismo de formación y desarrollo del chorro de aire. Se demuestra por primera vez que la turbulencia se genera en la fase temprana del proceso de interacción de la burbuja cilíndrica con el choque, con la máxima intensidad de turbulencia alcanzando alrededor del 20% alrededor de las regiones de filamentos de vórtice en la fase posterior del proceso de interacción.