[pt] Volume of Fluid (VOF) é um método amplamente empregado na predição de escoamentos multifásicos devido à sua simplicidade, boas características de conservação de massa e natural tratamento de interfaces topologicamente
complexas. No entanto, para escoamentos dominados por tensão
interfacial, a literatura tem mostrado que a precisão nas estimativas da tensão interfacial ainda é um problema em questão, que pode levar a correntes
parasíticas e previsão imprecisa da condição de salto de pressão através
das interfaces. Isto ocorre principalmente devido às variações abruptas do
campo de fração volumétrica através das interfaces, que leva a imprecisão
no cálculo das curvaturas interfaciais. Portanto, diferentes abordagens têm
sido apresentadas para mitigar este problema, incluindo funções-altura, suavização da fração volumétrica, ajuste parabólico, entre outros. Este trabalho
propõe uma nova abordagem para estimativa de curvatura em VOF, mas
não limitado a este, que lança uma nova luz a este problema persistente. A
ideia é amostrar a interface por nuvens de pontos e normais na isosuperfície
de nível 0.5 do campo de fração volumétrica e calcular a curvatura para cada
ponto da nuvem por uma técnica de Computação Gráfica (ajuste de normais).
As curvaturas são, então, projetadas na malha Euleriana de maneira
tal como no método Front-Tracking. O novo método foi implementado no
código padrão de VOF do OpenFOAM (interFoam) resultando em melhorias
nas estimativas de salto de pressão e em significativa redução das correntes
espúrias. Simulações numéricas foram realizadas e resultados comparados a
dados de referência demonstrando a viabilidade da ideia. / [en] Volume of Fluid (VOF) is a widely employed method for multiphase
flows prediction for its simplicity, good mass conservation characteristics
and natural handling of topologically complex interfaces. For surface tension
dominated flows, however, literature has shown that accuracy in surface
tension estimations is still an issue, what may cause parasitic currents and
inaccurate prediction of pressure jump condition across interfaces. It occurs
mainly due to abrupt changes in the volume fraction field across the interfaces,
which takes to inaccurate estimates of interfacial curvatures. Therefore,
different approaches have been proposed to mitigate this problem including
height-functions, volume fraction smoothing, parabolic fittings, among
others. This work proposes a novel approach for curvature estimation in
VOF, but not limited to it, that sheds a new light on this persistent problem.
The idea is to sample the interfaces with clouds of points and normals
at the 0.5 level isosurface of the volume fraction field and to compute the
curvature for each point of the cloud by a Computer Graphics technique
(normal fitting). The curvatures are then projected onto the Eulerian grid
in a Front-Tracking fashion. The new method was implemented in the standard
OpenFOAM VOF solver (interFoam) resulting in improvements on the
pressure jump estimations and in significant reduction of spurious currents.
Numerical simulations were performed and results compared to benchmark
data showing the feasibility of the idea.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:27512 |
| Date | 28 September 2016 |
| Creators | BRUNO DE BARROS MENDES KASSAR |
| Contributors | ANGELA OURIVIO NIECKELE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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