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A pair potential force model for surface tension calculations with smoothed particle hydrodynamics
Indexado
WoS WOS:001454160700001
Scopus SCOPUS_ID:105001504629
DOI 10.1007/S40571-025-00948-7
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a grid-free numerical method that relies on a Lagrangian description of the fluid. It has been used in a variety of multiphysics applications, including applications to free surface flow problems where surface tension plays a pivotal role. Accurate simulations of surface tension are crucial for a realistic description of multiphase flows and small-scale fluid systems, such as drops and bubbles. This article describes a novel approach based on a pair potential force within the SPH framework that simulates surface tension in a physically consistent manner. The Young-Laplace equation is used to calibrate the force term associated with the cohesive action so that there is a close correspondence between the calculated surface tension and the minimization of the surface area. The performance of the model has been assessed against a number of benchmark tests, including the spherization of cubic drops, the spreading of a drop impacting on a solid surface, and the drop oscillation in a gas environment. A comparison of experimentally obtained pendant drop images with the simulation results for distilled water, ethylene glycol and ethanol drops is also provided as a further validation test. The proposed approach has been shown to be accurate enough to simulate surface tension effects in liquid drops under a variety of dynamical conditions irrespective of the length scale, implying that it is particularly suitable for simulating microfluidic systems.

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Disciplinas de Investigación



WOS
Mechanics
Mathematics, Interdisciplinary Applications
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Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Santacruz-Yunga, Elias - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso - Chile
ESPOL Polytech Univ - Ecuador
Universidad Técnica Federico Santa María - Chile
Escuela Superior Politecnica del Litoral Ecuador - Ecuador
2 Guerrero-Rodriguez, Bernardo - ESPOL Polytech Univ - Ecuador
Escuela Superior Politecnica del Litoral Ecuador - Ecuador
3 Silva-Rojas, Pablo - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso - Chile
4 Perez-Roa, Richard - Univ Yachay Tech - Ecuador
Yachay University for Experimental Technology and Research (Yachay Tech) - Ecuador
5 Sigalotti, Leonardo Di G. - Univ Autonoma Metropolitana - México
6 Trejo, Claudia - Pontificia Universidad Católica de Valparaíso - Chile
7 Plaza, Eric - Inst Venezolano Invest Cient IV - Venezuela
Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas - Venezuela

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Financiamiento



Fuente
Doctorado Nacional
Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID)
ANID Fondecyt
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo
FOLIO
Subdirección de Capital Humano

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
ES-Y acknowledges the Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID) - Subdireccion de Capital Humano/ Doctorado Nacional/Folio No. 21230332; PS-R acknowledges the Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID) - Subdireccion de Capital Humano/Doctorado Nacional/Folio No. 21211352; ES-Y, PS-R and CT-S acknowledge ANID FONDECYT Iniciacion No. 11231082 for partial support.
ES-Y acknowledges the Agencia Nacional de Investigaci\u00F3n y Desarrollo (ANID) - Subdirecci\u00F3n de Capital Humano/ Doctorado Nacional/Folio No. 21230332; PS-R acknowledges the Agencia Nacional de Investigaci\u00F3n y Desarrollo (ANID) - Subdirecci\u00F3n de Capital Humano/Doctorado Nacional/Folio No. 21211352; ES-Y, PS-R and CT-S acknowledge ANID FONDECYT Iniciaci\u00F3n No. 11231082 for partial support.

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