El paper de Pengtao Yue, Chunfeng Zhou, James J. Feng, Carl F. Ollivier-Gooch, y Howard H. aborda [1] la simulación de la dinámica interfacial en fluidos viscoelásticos utilizando el método de campo de fase y elementos finitos con mallas adaptativas.

El artículo presenta un enfoque para simular la dinámica de interfaces en fluidos viscoelásticos mediante el método de campo de fase (PFM) junto con el método de elementos finitos (FEM) utilizando mallas adaptativas. Los fluidos viscoelásticos son aquellos que muestran propiedades tanto viscosas como elásticas, lo que significa que exhiben tanto flujo como deformación elástica.

El método de campo de fase se utiliza para modelar la evolución de la interfaz entre diferentes fases o componentes de un fluido. En este caso, se aplica para representar la interfaz entre dos fases de un fluido viscoelástico. El enfoque combina la PFM con FEM, lo que permite una representación precisa de la dinámica interfacial y la capacidad de manejar geometrías complejas.

Una característica importante del trabajo es el uso de mallas adaptativas. Esto significa que la resolución de la malla se ajusta automáticamente en función de la complejidad y la variabilidad de la solución en diferentes regiones del dominio. Esto ayuda a optimizar el uso de recursos computacionales al enfocar la resolución donde más se necesita.

El artículo describe la formulación matemática del modelo de campo de fase para fluidos viscoelásticos y cómo se implementa junto con el método de elementos finitos. Luego, se presentan resultados de simulaciones para demostrar la capacidad del enfoque propuesto para capturar diferentes fenómenos interfaciales en fluidos viscoelásticos.

Dicha metodología se encuentra disponible en COMSOL Multiphysics dentro de la rama de Mathematics, Moving Interface. Ver la figura 1, en la cabecera, que muestra las interfaces matemáticas en donde se encuentra Phase Field in Fluids.

El ejemplo Two-Phase Flow with Fluid–Structure Interaction [2] demuestra técnicas para modelar una interacción fluido-estructura que contiene dos fases de fluido en COMSOL Multiphysics. Ilustra cómo un fluido más pesado puede inducir movimiento en un obstáculo modificando el propio flujo del fluido. Este modelo utiliza la técnica arbitraria Lagrangiana-Euleriana (ALE) junto con una interfaz multiphysics predefinida de flujo de dos fases, campo de fase, tal como el artículo referenciado.

La geometría del modelo consiste en un pequeño contenedor, en cuyo centro hay un delgado obstáculo. Inicialmente, un fluido más pesado (agua) está presente en el dominio izquierdo y el aire está presente en todas partes. El modelo es similar a un clásico benchmark de ruptura de presa, excepto que el obstáculo interrumpe el flujo del agua hacia el dominio derecho. El obstáculo comienza a doblarse debido a la fuerza inercial del fluido más pesado. Ver Fig. 2.

Fig.2: Imagen del modelo Two-Phase Flow with Fluid-Structure Interaction, Application ID: 4515 por COMSOL Inc.

Referencias

[1] Pengtao Yue, Chunfeng Zhou, James J. Feng, Carl F. Ollivier-Gooch, Howard H. Phase-field simulations of interfacial dynamics in viscoelastic fluids using finite elements with adaptive meshing. Journal of Computational Physics 219 (2006) 47–67. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2006.03.016.
[2] Galería de aplicaciones de COMSOL: Two-Phase Flow with Fluid–Structure Interaction