Comparison of CICSAM and HRIC high-resolution schemes for interface capturing

• Autorzy: Wacławczyk T. , Koronowicz T.

Warianty tytułu

PL

Porównanie własciwości schematów o wysokiej rozdzielczości CICSAM i HRIC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns the modelling of a flow with high density and viscosity ratios using the Volume of Fluid method (VOF). Two high resolution schemes are used for discretization of the nonlinear convective term in the equation for transport of the volume fraction. Properties of the schemes are compared by taking into consideration their ability to capture the interface subjected to strong deformation.We show that diffusive properties of the high-resolution schemes affect the obtained solution. Verification of the schemes is performed in two test cases: rotation of a solid body with a slot and sloshing of water in a rectangular tank.

PL

Tematem niniejeszej pracy jest modelowanie przepływu w układzie płynów o dużym stosunku gęstości i lepkości z dobrze określoną powierzchnią rozdziału: wody i powietrza. Symulacje komputerowe przeprowadzono za pomocą własnego kodu z zaimplementowaną metodą Volume of Fluid (VOF), w której pozycja powierzchni rozdziału zostaje określona poprzez śledzenie rozkładu objętościowego współczynnika wypełnienia w czasie. Dwa schematy o wysokiej rozdzielczości ClCSAM i HRlC służące do dyskretyzacji członu konwekcyjnego w równaniu transportu objętościowego współczynnika wypełnienia zostały porównane w dwóch przypadkach testowych: rotacji ciała ze szczeliną oraz ruchu wody w zbiorniku wywołanego działaniem zewnętrznej siły. Głównym wnioskiem z wykonanych symulacji oraz porównania wyników obliczeń z danymi doświadczalnymi jest fakt zależności otrzymanych wyników od właściwości numerycznych analizowanych schematów, a w szczególności sposobu rekonstrukcji powierzchni rozdziału. W przypadku niejednorodnej mieszaniny płynów oba wspomniane schematy wprowadzają dodatkowe przesunięcie w czasie do historii zmian ciśnienia oraz tłumienie ekstremalnych wartości amplitudy ciśnienia wskazujące na nieprawidłową rekonstrukcję dynamiki mieszaniny. Schemat ClCSAM rekonstruje zachowanie płynów w sposób bardziej zbliżony do danych doświadczalnych w prównaniu ze schematem HRlC. Dowodem na to jest mniejsze przesunięcie w czasie względem danych doświadczlnych oraz mniej wyraźne tłumienie ekstremalnych wartości ciśnienia.

Słowa kluczowe

EN

free surface flow; VOF

PL

wolny przepływ powierzchniowy; VOF

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 46 nr 2
• Strony: 325--345
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wacławczyk T.

autor

Koronowicz T.

• The Szewalski Institute for Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• 1. Ferziger J.H., Periˇc M., 2002, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, Berlin
• 2. Hinatsu M., Tsukada Y., Fukasawa R., Tnanaka Y., 2001, Two-Phase flows for joint research, Proceedings of SRI-TUHH mini Workshop on Numerical Simulation of Two-Phase Flows, edited by M. Hinats, 12-19, National Maritime Research Institute Japan
• 3. Hirt C.W., Nicholls B.D., 1981, Volume of fluid method for dynamics of free boundaries, J. Comput. Phys., 39, 201-221
• 4. Leonard B.P., 1991, The ULTIMATE conservative difference scheme applied to unsteady one-dimensional advection, Comput. Methods Appl. Mech. and Eng., 88, 17-74
• 5. Lopez J., Hernandez J., Gourez P., Faura F., 2004, A volume of fluid method based on multidimensional advection and spline interface reconstruction, J. Comput. Phys., 195, 718-742
• 6. Muzaferija S., Peric M., Sames P., Schelin T., 1998, A two-fluid Navier- Stokes solver to simulate water entry, Proc. Twenty-Second Symposium on Naval Hydrodynamics
• 7. Nielsen K.B., 2003, Numerical prediction of green water loads on ships, Technical University of Denmark, PhD Thesis
• 8. Noh W.F., Woodward P.R., 1976, SLICK (Simple Line Interface Calculation), Lecture Notes in Physics, 59, 330-360
• 9. Pillod J.E., Puckett E.G., 1991, A Volume of Fluid interface tracking algorithm with applications to computing shock wave refraction, 4-th International Symposium on Computational Fluid Dynamics
• 10. Pillod J.E., Puckett E.G., 2004, Second order-accurate volume-of-fluid algorithms for tracking material interfaces, J. Comput. Phys, 199, 718-742
• 11. Ubbink O., Issa R.I., 1999, Method for capturing sharp fluid interfaces on arbitrary meshes, J. Comput. Phys., 153, 26-50
• 12. Versteeg, H.K., Malalasekera W., 1998, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Longman, London
• 13. Wacławczyk T., Gemici ¨ O.C., Sch¨afer M., 2007, Novel high-resolution schemes for interface capturing in multiphase flows, Proceedings of International Conference on Multiphase Flows, Leipzig, 82
• 14. Wacławczyk T., Koronowicz T., 2005, Modeling of the flow in systems of immiscible fluids using Volume of Fluid method with CICSAM scheme, Turbulence, 8, 267-276
• 15. Wacławczyk T., Koronowicz T., 2006, Modelling of the free surface flow with high-resoluion schemes, Chemical and Process Engineering, 27, 783-802
• 16. Youngs D.L., 1982, Time-dependent multi-material flow with large fluid distortion, Numerical Methods for Fluid Dynamics, 1982, 273-285
• 17. Zaleski S., 1996-2002, Simulations of high Reynolds number breakup of liquidgas interfaces, von Karman Institute for Fluid Dynamics, Lecture Series