Elementos finitos mixtos estabilizados para flujos confinados de Bingham y de Herschel-Bulkley. Parte I: Formulación

详细信息    查看全文

• 作者：E. Moreno^a ; ^{elviramoreno25@gmail.com" class="auth_mail" title="E-mail the corresponding author} ; M. Cervera^b ; ^{mcervera@cimne.upc.edu" class="auth_mail" title="E-mail the corresponding author}
• 关键词：Mé ; todo de los elementos finitos estabilizados ; Subescalas ortogonales OSS ; Incompresibilidad ; Fluidos viscoplá ; sticos ; Modelo de Bingham ; Modelo de Herschel-Bulkley
• 刊名：Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería
• 出版年：2016
• 出版时间：April-June 2016
• 年：2016
• 卷：32
• 期：2
• 页码：100-109
• 全文大小：919 K

文摘

En este trabajo se presenta una metodología para la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes para los fluidos viscoplásticos de Bingham y de Herschel-Bulkley mediante el método de los elementos finitos mixtos estabilizados velocidad/presión. Se desarrolla una formulación teórica y se realiza la implementación computacional.

Los fluidos viscoplásticos se caracterizan por presentar una tensión de corte mínima, denominada tensión de fluencia. Por encima de esta tensión de corte mínima el fluido comienza a moverse. En caso de no superarse esta tensión de fluencia, el fluido se comporta como un cuerpo rígido o cuasirrígido, con velocidad de deformación nula.

Se presentan inicialmente las ecuaciones de Navier-Stokes para un fluido incompresible. Se incluye una revisión de los modelos reológicos viscoplásticos. Se hace una descripción detallada de los mismos. Se describen los modelos viscoplásticos regularizados de Papanastasiou. Se proponen modelos regularizados de doble viscosidad como alternativa a los comúnmente usados.

Se formula el modelo discreto, así como la formulación estabilizada con los métodos de subescalas algebraica (Algebraic SubGrid Scale [ASGS]), de subescalas ortogonales (Orthogonal Subgrid Scale [OSS]) y de subescalas ortogonales desacopladas (split-OSS).

La metodología descrita en este trabajo proporciona la base para el desarrollo de una herramienta computacional para estudiar flujos viscoplásticos confinados, muy comunes en la industria.