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A compressible two-fluid model for the finite volume simulation of violent aerated flows. Analytical properties and numerical results
Frédéric Dias ( ) 1, 2, Denys Dutykh ( ) 3, Jean-Michel Ghidaglia ( ) 1, 2
(15/05/2008)

In the study of ocean wave impact on structures, one often uses Froude scaling since the dominant force is gravity. However the presence of trapped or entrained air in the water can significantly modify wave impacts. When air is entrained in water in the form of small bubbles, the acoustic properties in the water change dramatically and for example the speed of sound in the mixture is much smaller than in pure water, and even smaller than in pure air. While some work has been done to study small-amplitude disturbances in such mixtures, little work has been done on large disturbances in air-water mixtures. We propose a basic two-fluid model in which both fluids share the same velocities. It is shown that this model can successfully mimic water wave impacts on coastal structures. Even though this is a model without interface, waves can occur. Their dispersion relation is discussed and the formal limit of pure phases (interfacial waves) is considered. The governing equations are discretized by a second-order finite volume method. Numerical results are presented. It is shown that this basic model can be used to study violent aerated flows, especially by providing fast qualitative estimates.
1 :  Centre de Mathématiques et de Leurs Applications (CMLA)
CNRS : UMR8536 – École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan
2 :  Laboratoire de recheche conventionné MESO (LRC MESO)
CEA – CNRS : UMR8536 – École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan
3 :  Laboratoire de Mathématiques (LAMA)
CNRS : UMR5127 – Université de Savoie
Physique/Mécanique/Mécanique des fluides

Sciences de l'ingénieur/Mécanique/Mécanique des fluides

Physique/Physique/Physique Numérique

Mathématiques/Equations aux dérivées partielles

Mathématiques/Analyse numérique

Physique/Physique/Physique Générale

Sciences de l'ingénieur/Milieux fluides et réactifs

Planète et Univers/Océan, Atmosphère
wave impact – two-phase flow – compressible flow – free-surface flow – finite volumes
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FD_DD_JMG_aerated_report.pdf(1.9 MB)
PS
FD_DD_JMG_aerated_report.ps(3.1 MB)

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