Open FOAM simulations of the supersonic flow around cones at angles of attack

The supersonic flow around conical bodies is a very important issue in aerospace engineering, with many applications in internal and external supersonic aerodynamics. Non-viscous supersonic flow about yawing cones is essentially 3-dimensional, but it shows some characteristics regarding the conical flow around circular cones with zero angle of attack. In this latter case, the complete flow structure is axisymmetric and can be described by an ordinary differential equation known as the Taylor-Maccoll equation.Fil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Elaskar, Sergio Amado. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentin

Calculation of the statistical properties in intermittency using the natural invariant density

We use the natural invariant density of the map and the Perron–Frobenius operator to analytically evaluate the statistical properties for chaotic intermittency. This study can be understood as an improvement of the previous ones because it does not introduce assumptions about the reinjection probability density function in the laminar interval or the map density at pre-reinjection points. To validate the new theoretical equations, we study a symmetric map and a non-symmetric one. The cusp map has symmetry about x = 0, but the Manneville map has no symmetry. We carry out several comparisons between the theoretical equations here presented, the M function methodology, the classical theory of intermittency, and numerical data. The new theoretical equations show more accuracy than those calculated with other techniques.Fil: Elaskar, Sergio Amado. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: del Río, Ezequiel. Universidad Politécnica de Madrid; EspañaFil: Lorenzon, Denis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentin

Simulación Numérica de la Recolección de Corriente en una Sonda de Langmuir Cilíndrica

En este artículo se presenta una adaptación del código Kilaps desarrollado originalmente en la Universidad Politécnica de Madrid. El objetivo del código es simular la dinámica de plasmas en las inmediaciones de una sonda de Langmuir cilíndrica cuyo potencial eléctrico es cambiado repentinamente desde cero hasta un valor finito. Las sondas de Langmuir son utilizadas para caracterizar las propiedades de plasmas y su adecuado modelado tanto teórico como numérico es de fundamental importancia para correlacionar las mediciones de una sonda con las propiedades del plasma. Dentro de las aplicaciones en ingeniería aeroespacial, los avances en teoría de sondas de Langmuir son utilizados en amarras espaciales electrodinámicas y en propulsores por plasma. El código desarrollado utiliza un algoritmo numérico de tipo Vlasov directo para propagar en el tiempo la ecuación de Vlasov dependiente del tiempo. Implementa fórmulas basadas en diferencias finitas para aproximar las derivadas de la función de distribución en el espacio físico y en el de velocidades, y la integración en el tiempo se lleva a cabo mediante un método de Runge-Kutta explícito. Como resultados se presentan diagramas de la variación de las propiedades del plasma en las inmediaciones de la sonda y de su evolución en el tiempo. Para justificar la resolución de las mallas usadas, se contrastan resultados obtenidos con mallas de distintos grados de refinamiento analizando la convergencia de la solución al refinar sucesivamente la malla. Complementariamente, se compara el desempeño de dos compiladores de Fortran ampliamente utilizados y se realiza un estudio de la escalabilidad del programa al ser ejecutado en múltiples procesadores en sistemas de memoria compartida. Además, se discuten algunas potenciales vías de optimización. Finalmente, se evalúan posibles líneas de acción para mejorar la exactitud de los resultados y extender la aplicabilidad del programa.Fil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica; ChileFil: Elaskar, Sergio Amado. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Comparison of second order finite-difference and finite-volume based schemes for the solution of the Vlasov equation in the unmagnetized case

La ecuación de Vlasov describe la evolución temporal de la función de distribución de las partículas en un plasma no colisional, y provee una descripción cinética completa del plasma cuando la dinámica de las partículas está gobernada por interacciones electromagnéticas de largo alcance. Si los campos magnéticos auto generados y externos son despreciables, entonces la fuerza de Lorentz se debe sólo al campo eléctrico, el cual puede computarse a partir de la ecuación de Poisson en el caso no relativista. En este artículo, se presentan discretizaciones de segundo orden, basadas en diferencias finitas y en volúmenes finitos, para la resolución del sistema Vlasov-Poisson sobre un espacio de fases bidimensional. La precisión de los esquemas se evalúa y compara a través del problema de pruebas clásico del amortiguamiento de Landau. Además, son examinadas algunas propiedades de conservación importantes del sistema Vlasov-Poisson, como el principio del máximo y la conservación de momentos de la función de distribución.The Vlasov equation describes the temporal evolution of the distribution function of particles in a collisionless plasma and provides a complete kinetic description of the plasma when the dynamics of the particles is ruled by long range electromagnetic interactions. If the externally applied and self consistent magnetic fields are negligible, the Lorentz force is due to the electric field only, which in the non-relativistic case, is computed from the Poisson equation. In this article, we present finite-difference discretizations and finite-volume conservative discretizations, which are both second order in space, for the solution of the 2-Dimensional Vlasov-Poisson system. The accuracy of the schemes is evaluated and compared through the classical Landau damping benchmark problem. Some important conservation properties of the Vlasov-Poisson system, as the maximum principle and the conservation of moments of the distribution function, are also examined.Fil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Elaskar, Sergio Amado. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentin

Characteristic relation in Type-II intermittency

Intermitencia es una ruta hacia caos donde soluciones de sistemas dinámicos muestran alternancia entre comportamientos regulares (o laminares) y caóticos (o fases no regulares). Las fases laminares se corresponden con zonas de pseudo-equilibrio y/o soluciones pseudo-periódicas. En mecánica de fluidos el fenómeno de intermitencia tiene un importante papel en flujos turbulentos. En este trabajo se analiza la relación característica en intermitencia tipo-II cuando la función probabilidad de reinyección es uniforme. Tradicionalmente se han propuesto dos relaciones características en las cuales el parámetro de control aparece elevado a -1/2 y a -1 respectivamente. Se estudia bajo que condiciones cada una de las relaciones es correcta. Los resultados teóricos propuestos se verifican mediante simulaciones numéricas mostrando una elevada concordancia.Intermittency is a route to chaos where the dynamical system solutions show alternation between regular (or laminar) and chaotic (or non-regular) behaviors. The laminar phases correspond to pseudo-equilibrium zones and/or pseudo-periodic solutions. In fluid mechanics, the intermittency phenomenon plays an important role in turbulent flows. In this paper, the characteristic relation for type-II intermittency is analyzed when the reinjection probability function is uniform. Traditionally, two characteristic relations have been proposed in which the control parameter appears elevated to -1/2 and -1 respectively. In this paper under what conditions each of the relations is correct is studied. The proposed theoretical results are verified by numerical simulations showing high accuracy.Fil: Elaskar, Sergio Amado. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Del Río, Ezequiel. Universidad Politécnica de Madrid; Españ

Analysis of dynamic soil-structure interaction due to the incidence of Rayleigh waves

Es habitual en la práctica del diseño sismo-resistente de estructuras suponer que el patrón de onda incidente es de cuerpo SH y de propagación vertical. Para zonas distantes del epicentro esta simplificación dista de la realidad ya que la mayor parte de la energía sísmica arriba al sitio en forma de ondas superficiales. Sin embargo, los códigos de elementos finitos comerciales todavía no tienen herramientas adecuadas para modelar la entrada y la salida de este tipo de ondas. Por este motivo se propone modelar la entrada de ondas mediante el método de reducción del dominio (Domain Reduction Method - DRM), y la salida de ondas mediante bordes absorbentes de capas perfectamente acopladas (Perfectly Matched Layer - PML). Esta combinación permite realizar un análisis de interacción dinámica suelo-estructura ante cualquier onda incidente en el dominio del tiempo, lo que permite incluir no-linealidades en el análisis. La verificación del método propuesto se hace comparando la solución analítica de la onda de Rayleigh con los resultados de un modelo de elementos finitos lineal de campo libre sometido al paso de dicha onda superficial.The engineering practice of earthquake resistant design often relies on the assumption that the incident wave pattern consists in vertically propagating SH and P body waves. For structures at considerable distances from the epicenter, this simplification may not be applicable, since most of the seismic energy arrives at the site in the form of surface waves. Nevertheless, most commercial finite element codes still do not provide adequate tools in order to model these types of waves as input and far field radiation. For this reason, this paper proposes a technique that is able to account for incident waves input by means of the Domain Reduction Method (DRM), whereas the outgoing waves are represented by means of absorbing boundaries of Perfectly Matched Layers (PML). This combination allows the definition of a dynamic soil-structure interaction analysis subjected to any type of incoming waves in the time domain, as well as material non-linearities in the analysis. The verification of the proposed method is carried out by comparing the analytical solution of the Rayleigh wave with the results of a free-field linear finite element model subjected to the passage of such waves.Fil: Trono, Adriano. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Lorenzon, Denis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Pinto, Federico. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Ceballos, Marcelo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Myoblast adhesion, proliferation and differentiation on Human Elastin-Like Polypeptide (HELP) hydrogels

Purpose: The biochemical, mechanical and topographic properties of extracellular matrix are crucially involved in determining skeletal muscle cells morphogenesis, proliferation and differentiation. Human elastin-like polypeptides (HELPs) are recombinant biomimetic proteins designed to mimicking some properties of the native matrix protein; when employed as myoblasts adhesion substrates they stimulate in vitro myogenesis. Given the consequences that biophysical properties of extracellular matrix exert on skeletal muscle cells, the aim of this work was to investigate the effects of HELP hydrogels on myoblasts viability and functions. Methods: We recently synthesized a novel polypeptide, HELPc, by fusing the elastin-like backbone to a 41aa stretch present in the α2 chain of type IV collagen, containing two RGD motifs. To obtain hydrogels, the enzymatic cross-linking of the HELPc was accomplished by transglutaminase. Here, we employed both non cross-linked HELPc glass coatings and cross-linked HELPc hydrogels at different monomer density as adhesion substrates for C2C12 cells, used as myoblasts model. Results: By comparing cell adhesion, proliferation and differentiation, we revealed several striking differences. Depending on support rigidity, adhesion to HELPc substrates dictates cell morphology, spreading, focal adhesions formation and cytoskeletal organization. Hydrogels greatly stimulated cell proliferation, particularly in low serum-medium, and partially inhibited myogenic differentiation. Conclusions: In the whole, the results underline the potentiality of these genetically engineered polypeptides as a tool for dissecting crucial steps in myogenesis

Sobre el diseño y construcción de un túnel de viento supersónico bidimensional

Se ha diseñado, construido y ensayado satisfactoriamente un túnel de viento supersónico tipo Indraft bidimensional destinado al Laboratorio de Aeronáutica de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba. Su propósito es visualizar los efectos de la compresibilidad en torno de un objeto que se desplaza dentro de una corriente supersónica. Para el cálculo de la geometría divergente de la tobera supersónica se ha empleado el método de las características, y para la visualización de las discontinuidades se utilizó la técnica Schlieren. Dentro de los logros más importantes se destacan el usto de la teoría de características para el diseño de la tobera, la incorporación de soportes que permiten intercambiar distintos modelos y el uso de ventanas laterales transparentes para el uso de la técnica Schlieren. Como resultado principales se consiguieron fotografías de ondas de choque oblicuas en torno a cuñas bidimensionales con ángulos de apertura de 10o , 20o y 30o , también se observó con un modelo escalón la onda de choque despegada. Además de las visualizaciones, se hicieron mediciones de presiones estáticas sobre las paredes de la tobera, las cuales fueron contrastadas con el perfil de presiones obtenido mediante simulaciones numéricas con OpenFOAM.A two-dimensional Indraft type supersonic wind tunnel was designed, built and successfully tested for the Aeronautics Laboratory of the Faculty of Exact, Physical and Natural Sciences of the National University of Córdoba, to visualize the effects of compressibility around an object that moves within a supersonic stream. The characteristics method was used to design the divergent geometry of the nozzle and a Schlieren visualization system was developed to visualize the shock waves. Among the most important achievements is the symmetrical geometry of the nozzle, the incorporation of supports that allow exchanging different models and the use of glass side windows for Schlieren use. Photographs of oblique shock waves around bidimensional wedges with 10o , 20o and 30o opening angles were obtained, as well as a detached shock wave was observed testing a blunt model. Measurements of static pressures were made along the tunnel which were contrasted with the pressures profile obtained by numerical simulations using OpenFOAM software.Fil: Dagaro, Mauro A.. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; ArgentinaFil: Peralta, Leonardo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; ArgentinaFil: Ludueña, Guillermo Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: García, Jorge Osvaldo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; ArgentinaFil: Galeasso, Angel Andrés. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Bustamante, José. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentin

Using linear multistep methods for the time stepping in Vlasov–Poisson simulations

The numerical simulation of hot and low density plasmas using the Vlasov–Poisson model is necessary for many practical applications such as the characterization of laboratory and astrophysical plasmas. The numerical treatment of the Vlasov equation is addressed using Eulerian methods when high precision and low noise are required. Among these methods, we highlight those based on finite-volumes without splitting, which have shown to be a good option for capturing small structures in phase space with low dissipation while preserving positivity. The problem is that kinetic simulations usually require the discretization of 3–6-dimensional phase-spaces which results in a huge number of ordinary differential equations (ODEs). This stands out the importance of using efficient schemes for the time integration. In this article, linear multistep methods are implemented for the time stepping of the resulting equations, and compared against traditional Runge–Kutta ones. Schemes with built-in error estimation are also implemented in an attempt to perform adaptive stepsize control. Their accuracy, stability and computational cost are compared through the simulation of classical benchmark problems for the two-dimensional Vlasov–Poisson system.Fil: Lorenzon, Denis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; ArgentinaFil: Elaskar, Sergio Amado. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Simulación de Flujos Supersónicos Bidimensionales y Axialmente Simétricos con OpenFOAM

El exponencial crecimiento de la capacidad de cálculo computacional y el continuo desarrollo de esquemas numéricos han hecho de las simulaciones numéricas una importante herramienta para el estudio del comportamiento de los fluidos. Una alternativa para afrontar un problema mediante la Mecánica de los Fluidos Computacional es utilizar paquetes de libre distribución tales como OpenFOAM®, el cual ha tenido gran difusión y aceptación en los últimos años. En el presente trabajo se ponen a prueba las capacidades y limitaciones de OpenFOAM® en la resolución de la estructura de flujos transónicos y supersónicos en torno a geometrías bidimensionales y con simetría axial, que son de interés para una gran variedad de aplicaciones prácticas, a saber: la cuña bidimensional y el cono circular paralelo a la corriente. A estos efectos, se pone especial atención en la generación de las mallas donde la densidad de éstas se define mediante experimentos de convergencia. Se compara el desempeño de dos solvers incluidos en el paquete, sonicFoam y rhoCentralFoam, siendo este último el que posee mejores prestaciones por lo cual es utilizado para realizar simulaciones de flujo cónico dentro de un amplio rango de números de Mach. Con base en los resultados obtenidos se concluye que OpenFOAM® ofrece un conjunto de herramientas no sólo prácticas sino también confiables para el estudio del tipo de flujos considerado.The computational power growth and the continuous development of numerical schemes have become numerical simulations a valuable tool in the study of fluids behavior. One choice to face a problem through the Computational Fluid Dynamics is the usage of free software packages such as OpenFOAM®, which has had remarkable diffusion and acceptation in the last times. In this paper, OpenFOAM® capabilities for the simulation of transonic and supersonic flows are tested using meaningful 2D and axially symmetric 3D geometries, i.e., the two-dimensional wedge and the sharp circular cone at zero angle of attack. For this purpose, special attention is paid to the mesh generation where the meshes densities are established through convergence tests. A comparison between two solvers included within the package, sonicFoam and rhoCentralFoam, is made. Better results were obtained with the later, therefore it is used to carry out several conical flow simulations considering a wide range of Mach numbers. From the achieved results, it is asserted that OpenFOAM® provides a set of practical and reliable tools for the study of transonic and supersonic flows.Fil: Lorenzon, Denis. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Elaskar, Sergio Amado. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Aeronáutica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin