20 de enero de 2020
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Shear-viscosity-independent bulk-viscosity term in smoothed particle hydrodynamics

Publicado en: Physical Review e. 101 (1): 013302- - 2020-01-03 101(1), DOI: 10.1103/PhysRevE.101.013302

Autores:

Bonet Avalos, Josep; Antuono, Matteo; Colagrossi, Andrea; Souto-Iglesias, Antonio
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Afiliaciones

CNR INM, Inst Marine Engn, Rome, Italy - Autor o Coautor
CNRS, Nantes, France - Autor o Coautor
Ecole Cent Nantes, LHEEA Res Dept, Nantes, France - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, CEHINAV, DACSON, ETSIN, Madrid, Spain - Autor o Coautor
Univ Rovira & Virgili, Dept Engn Quim, ETSEQ, Tarragona, Spain - Autor o Coautor
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Resumen

An angular momentum conservative pure bulk viscosity term for smoothed particle hydrodynamics (SPH) is proposed in the present paper. This formulation permits independent modeling of shear and bulk viscosities, which is of paramount importance for fluids with large bulk viscosity in situations where sound waves or large Mach numbers are expected. With this aim a dissipative term proportional to the rate of change of the volume is considered at the particle level. The equations of motion are derived from the minimization of a Lagrangian combined with an appropriate dissipation function that depends on this rate of change of particle volume, in analogy with the corresponding entropy production contribution in fluids. Due to the Galilean invariance of the formulation, the new term is shown to exactly conserve linear momentum. Moreover, its invariance under solid-body rotations also ensures the conservation of angular momentum. Two verification cases are proposed: the one-dimensional propagation of a sound pulse and a two-dimensional case, modeling the time decay of an accelerating-decelerating pipe flow. The SPH solutions are compared to exact ones, showing that the newly proposed term behaves indeed as a viscosity associated only with the local expansion-compression of the fluid. In view of these considerations, we conclude that the method presented in this paper allows for setting up a bulk viscosity independently of the shear one and as large as any particular problem may require. At the same time, together with the prescribed momentum conservation to reproduce the Navier-Stokes equation, the new term also keeps the angular momentum conservation required to properly model free interfaces or overall rotations of the bulk fluid.
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Palabras clave

ConvergenceDynamicsIrreversible-processesReciprocal relations

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista Physical Review e debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2020, se encontraba en la posición 8/55, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Physics, Mathematical.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2025-12-21:

  • Google Scholar: 12
  • WoS: 9
  • Scopus: 9
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-12-21:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 14.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 14 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 4.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 6 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: https://oa.upm.es/86294/

Como resultado de la publicación del trabajo en el repositorio institucional, se han obtenido datos estadísticos de uso que reflejan su impacto. En términos de difusión, podemos afirmar que, hasta la fecha

  • Visualizaciones: 148
  • Descargas: 33
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: France; Italy.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Último Autor (SOUTO IGLESIAS, ANTONIO).

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Reconocimientos ligados al ítem

The research activity was partially developed within the Project Area Applied Mathematics of the Department of Engineering, ICT and Technology for Energy and Transport (DIITET) of the Italian National Research Council (CNR). J.B.A. thanks the Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades (MCIU), of the Spanish Government for financial support, Grant No. CTQ2017-84998-P Segregacion molecular a multiples escalas en sistemas no tensioctivos para la obtencion de materiales avanzados. A.S.I. also acknowledges the support of MCIU under Grant No. RTI2018-096791-B-C21 Hidrodinamica de elementos de amortiguamiento del movimiento de aerogeneradores flotantes.
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