Simulaciones cinéticas de fluidos compresibles no ideales: desde flujos supercríticos hasta cambios de fase y comportamientos exóticos
Autores: Reyhanian, Ehsan; Dorschner, Benedikt; Karlin, Ilya
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Simulaciones cinéticas de fluidos compresibles no ideales: desde flujos supercríticos hasta cambios de fase y comportamientos exóticos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Modelo cinético
Fluidos compresibles no ideales
Presión termodinámica
Leyes de conservación
Límite hidrodinámico
Cambio de fase
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Investigamos un modelo cinético para fluidos compresibles no ideales. El modelo impone la presión termodinámica local a través de una reescala de las velocidades de las partículas, que tiene en cuenta tanto los efectos de largo alcance como de corto alcance y, por lo tanto, una completa consistencia termodinámica. El modelo es completamente invariante galileano y trata la masa, el momento y la energía como leyes de conservación locales. El análisis y la derivación del límite hidrodinámico es seguido por la evaluación de la precisión y robustez a través de simulaciones de referencia que van desde el efecto Joule-Thompson hasta un cambio de fase y flujos de alta velocidad. En particular, mostramos la simulación directa de la línea de inversión de un gas de van der Waals seguida por simulaciones de cambio de fase como la evaporación unidimensional de un líquido saturado, ebullición nucleada y de película y finalmente, investigamos la estabilidad de un frente de choque fuerte perturbado en dos medios fluidos diferentes. En todos los casos, encontramos una excelente coincidencia con el análisis teórico correspondiente y las correlaciones experimentales. Mostramos que nuestro modelo puede operar en todo el diagrama de fases, incluidos regímenes supercríticos y subcríticos, y captura inherentemente fenómenos de cambio de fase.
Descripción
Investigamos un modelo cinético para fluidos compresibles no ideales. El modelo impone la presión termodinámica local a través de una reescala de las velocidades de las partículas, que tiene en cuenta tanto los efectos de largo alcance como de corto alcance y, por lo tanto, una completa consistencia termodinámica. El modelo es completamente invariante galileano y trata la masa, el momento y la energía como leyes de conservación locales. El análisis y la derivación del límite hidrodinámico es seguido por la evaluación de la precisión y robustez a través de simulaciones de referencia que van desde el efecto Joule-Thompson hasta un cambio de fase y flujos de alta velocidad. En particular, mostramos la simulación directa de la línea de inversión de un gas de van der Waals seguida por simulaciones de cambio de fase como la evaporación unidimensional de un líquido saturado, ebullición nucleada y de película y finalmente, investigamos la estabilidad de un frente de choque fuerte perturbado en dos medios fluidos diferentes. En todos los casos, encontramos una excelente coincidencia con el análisis teórico correspondiente y las correlaciones experimentales. Mostramos que nuestro modelo puede operar en todo el diagrama de fases, incluidos regímenes supercríticos y subcríticos, y captura inherentemente fenómenos de cambio de fase.