A front-tracking/front-capturing method for the simulation of 3D multi-fluid flows with free surfaces

  • Authors:

  • F. S. de Sousa;N. Mangiavacchi;L. G. Nonato;A. Castelo;M. F. Tomé;V. G. Ferreira;J. A. Cuminato;S. McKee

  • Affiliations:

  • Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rua São Francisco Xavier, 524, 20550-900, Rio de Janeiro, RJ, Brazil;Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Departamento de Ciências de Computação e Estatística, Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação de São Carlos - USP, Cx.P. 668, 13560-970, S ...;Department of Mathematics, University of Strathclyde, GllXH Glasgow, Scotland, UK

  • Venue:
  • Journal of Computational Physics
  • Year:
  • 2004

Quantified Score

Hi-index 31.49

Visualization

Abstract

A method for simulating incompressible, imiscible, unsteady, Newtonian, multi-fluid flows with free surfaces is described. A sharp interface separates fluids of different density and viscosity. Surface and interfacial tensions are also considered and the required curvature is geometrically approximated at the fronts by a least squares quadratic fitting. To remove small undulations at the fronts, a mass-conserving filter is employed. The numerical method employed to solve the Navier-Stokes equations is based on the GENSMAC-3D front-tracking method. The velocity field is computed using a finite-difference scheme on an Eulerian grid. The free-surface and the interfaces are represented by an unstructured Lagrangian grid moving through an Eulerian grid. The method was validated by comparing the numerical results with analytical results for a number of simple problems. Complex numerical simulations show the capability and emphasize the robustness of this new method.