Simulación numérica de la agitación en tanques de almacenamiento de líquidos mediante una estrategia lagrangiana euleriana arbitraria

ResumenLa agitación de fluidos contenidos en tanques de almacenamiento con superficie libre es numéricamente simulada mediante una formulación lagrangiana-euleriana arbitraria. El fluido es considerado viscoso y de comportamiento newtoniano, mientras que el flujo se asume laminar e incompresible. Se emplea un código computacional particionado y distribuido, que resuelve tres instancias en cada paso de tiempo: (i) la determinación del estado en el fluido, representado por las ecuaciones de Navier–Stokes; (ii) el desplazamiento de la superficie libre; y (iii) la actualización de la posición de los nodos interiores de la malla de elementos finitos, que es deformada como consecuencia del desplazamiento de la superficie libre. El propósito del trabajo es verificar la aplicabilidad del método en problemas de agitación de solución conocida, así como también resolver algunos ejemplos prácticos. Los ejemplos numéricos incluyen la validación con soluciones analíticas, en las cuales el período de la onda y la tasa de amortiguamiento viscoso son bien capturadas, comparaciones con soluciones de referencia tomadas de otros autores y un caso de agitación inducida por acción sísmica.

Sloshing of fluids with a free surface contained in liquid storage tanks is numerically simulated by an arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation. The fluid is considered viscous and Newtonian, while the flow is assumed laminar and incompressible. A partitioned and distributed computational code is employed, which solves three instances each time step: (i) the determination of the fluid state, given by the Navier–Stokes equations; (ii) the displacement of the free surface; and (iii) the update of the position of the internal nodes of the mesh, that is deformed as a consequence of the free surface displacement. The purpose of the work is verifying the applicability of the method to sloshing problems with known solutions, as well as the resolution of some practical examples. Numerical examples include validations against analytical solutions, where the wave period and damping rate are well captured, comparisons with reference results from other authors and a sample of sloshing induced by seismic actions.