Física Estadística

Modeling the dynamics of liquid drops with SPH

Y. Meleán, L.Di G. Sigalotti, and A. Hasmy

Centro de Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Apartado 21827, Caracas 1020A, Venezuela

Recibido el 25 de noviembre de 2003
Aceptado el 19 de junio de 2004

Abstract

The method of Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) has been applied in the last 20 years to a wide range of problems involving solution of the continuum fluid–dynamic equations. A variationally consistent SPH formulation has recently been devised which works equally well for both compressible and incompressible fluids. An extension of this method which addresses the tensile instability for a viscous, heat–conducting fluid has been applied to the condensation and binary coalescence collision of liquid drops using the van der Waals equation of state. Here we show and discuss the results obtained for some of these test cases. In particular, the benefits of correcting the tensile instability are described for both the formation of a stable liquid drop and the off–center coalescence of two liquid drops of equal size via a low–energy impact.

Keywords: Computational methods in fluid dynamics; applied fluid mechanics; viscous instability; drops and bubbles.

Resumen

En los últimos 20 años, el método de Hidrodinámica de Partículas Suavizadas (SPH) ha sido aplicado a un vasto rango de problemas que requieren la solución de las ecuaciones de la dinámica de fluidos. Se ha derivado recientemente una formulación del método SPH que es variacionalmente consistente y que funciona de igual manera para fluidos compresibles e incompresibles. Una extensión de dicha formulación que corrije el problema de la inestabilidad tensional para fluidos viscosos y conductivos ha sido aplicada para simular la condensación y la coalescencia binaria de gotas líquidas usando la ecuación de estado de van der Waals. En este trabajo se muestran y discuten los resultados obtenidos para algunas de estas simulaciones. En particular, se describe el efecto de la corrección de la inestabilidad tensional para la formación de una gota líquida en equilibrio y la coalescencia de dos gotas líquidas de igual tamaño a través de un impacto no frontal y poco energético.

Descriptores: Métodos computacionales en dinámica de fluidos; mecánica de fluidos aplicada; inestabilidad viscosa; gotas y burbujas.

PACS: 47.11.+j; 47.85.–g; 47.20.Gv; 47.55.D

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