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Volumen 15 N° 1, Enero - Abril 2007

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Estudio comparativo de modelos numéricos para el seguimiento de interfaces móviles: estudio del derrame de una columna de líquido

Juan Pablo Barraza1   Marcela Andrea Cruchaga1

1 Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Santiago de Chile, Av. Bernardo O'Higgins 3363. Santiago - Chile. mcruchag@lauca.usach.cl


RESUMEN

En este trabajo se presenta la simulación numérica del problema del derrame de una columna de líquido. El análisis numérico se realiza utilizando el método de volúmenes finitos y la técnica conocida como VOF para el seguimiento de la superficie interfaz. Se asume que el problema puede ser descrito por las ecuaciones de cantidad de movimiento y continuidad para un fluido incompresible. Dichas ecuaciones se resuelven tanto para el fluido como para el aire en todo el dominio de análisis en conjunto con la ecuación que describe el movimiento de la interfaz. Se estudia el comportamiento de dos fluidos de diferente viscosidad. Se evalúa la respuesta frente a cambios en la discretización espacial y la incidencia en los resultados cuando se utiliza un modelo turbulento para la descripción del flujo. Los resultados obtenidos para la posición de la superficie libre se comparan con las predicciones calculadas con una formulación de elementos finitos de malla fija y, además, con mediciones experimentales reportadas en la literatura.

Palabras clave: Interfaces móviles, superficies libres, problema de dos medios, mecánica de fluido computacional, verificación y validación.

ABSTRACT

The simulation of the collapse of a liquid column problem is presented in this work. The numerical analysis is done using a finite volume technique, where the well-known VOF technique is applied to describe the free surface motion. The adopted mathematical model is given by the Navier-Stokes equations for incompressible flows. These equations are solved in the whole domain occupied by both fluids (liquid and air) together with the interface motion equation. The study focuses on the analysis of two liquids with different viscosities. The response is assessed by considering various spatial discretizations when a turbulent model is applied. The computed numerical results are compared with those obtained using a fixed-mesh finite element technique and with experimental measurements reported in the literature.

Keywords: Moving interfaces, free surfaces, two-fluid flows, computational fluid mechanics, verification and validation.

 


 

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Proyecto Fondecyt 1060141 en el marco del cual se desarrolló el presente estudio.

REFERENCIAS

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