Un modelo para el flujo de Stokes en dominios con fronteras permeables
Autores: Cortez, Ricardo; Hernandez-Viera, Marian; Richfield, Owen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un modelo para el flujo de Stokes en dominios con fronteras permeables
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Nuevo modelo computacional
Flujos viscosos incompresibles
Membrana porosa
Stokeslets regularizados
Membranas porosas
Ejemplos de validación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Derivamos un nuevo modelo computacional para la simulación de flujos viscosos incomprensibles limitados por una membrana delgada, flexible y porosa. Nuestro enfoque no utiliza una cuadrícula y modela las fuerzas de frontera con Stokeslets regularizados. El flujo a través de las membranas porosas se modela con dipolos fuente regularizados basados en la noción de que la velocidad de flujo a través de la frontera puede ser vista como el flujo inducido por un par de fuente/sumidero de fluido, con el sumidero en el lado de alta presión de la frontera y una magnitud proporcional a la diferencia de presión a través de la membrana. Se presentan varios ejemplos de validación que ilustran cómo calibrar los parámetros en el modelo. Presentamos un ejemplo que consiste en un flujo en un dominio cerrado que pierde volumen debido al flujo de fluido a través de la frontera permeable. También presentamos aplicaciones del método al flujo dentro de un canal de geometría fija donde secciones de la frontera son permeables. El ejemplo final es una aplicación biológica del flujo en un capilar con paredes porosas y una concentración de proteína advectada y difundida en el fluido. En este caso, la concentración de proteína modifica la presión en el flujo, produciendo cambios dinámicos en el flujo a través de las paredes. Para este ejemplo, el método propuesto se combina con diferencias finitas para el campo de concentración.
Descripción
Derivamos un nuevo modelo computacional para la simulación de flujos viscosos incomprensibles limitados por una membrana delgada, flexible y porosa. Nuestro enfoque no utiliza una cuadrícula y modela las fuerzas de frontera con Stokeslets regularizados. El flujo a través de las membranas porosas se modela con dipolos fuente regularizados basados en la noción de que la velocidad de flujo a través de la frontera puede ser vista como el flujo inducido por un par de fuente/sumidero de fluido, con el sumidero en el lado de alta presión de la frontera y una magnitud proporcional a la diferencia de presión a través de la membrana. Se presentan varios ejemplos de validación que ilustran cómo calibrar los parámetros en el modelo. Presentamos un ejemplo que consiste en un flujo en un dominio cerrado que pierde volumen debido al flujo de fluido a través de la frontera permeable. También presentamos aplicaciones del método al flujo dentro de un canal de geometría fija donde secciones de la frontera son permeables. El ejemplo final es una aplicación biológica del flujo en un capilar con paredes porosas y una concentración de proteína advectada y difundida en el fluido. En este caso, la concentración de proteína modifica la presión en el flujo, produciendo cambios dinámicos en el flujo a través de las paredes. Para este ejemplo, el método propuesto se combina con diferencias finitas para el campo de concentración.