En esta segunda entrada relacionada con la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) veremos un ejemplo sencillo para ilustrar el método de trabajo y los conceptos fundamentales de este tipo de simulaciones. Usaremos para ello el solver Acusolve junto con su pre-procesador Hyperworks CFD.
El caso de estudio es un codo de mezcla. Tenemos una entrada principal de agua fría, a la que se añade un flujo a mayor temperatura por la parte inferior. Queremos estudiar el comportamiento dinámico y térmico del flujo, para lo cual obtendremos el campo de velocidades y el de temperaturas. Las dimensiones y las condiciones de entrada de los flujos se muestran en la imagen.
Los pasos a seguir para este ejemplo, como es habitual en la mayoría de simulaciones CFD, son:
Pre-proceso con Hyperworks CFD
- Preparación de la geometría: La geometría de este caso puede crearse directamente desde la interfaz de Hyperworks CFD o importarse desde un software CAD con una sencilla adaptación posterior dentro del software.
- Definición de la física del problema: Seleccionamos un análisis estacionario considerando transferencia de calor, con flujo incompresible (líquido) y modelo de turbulencia SST.
- Condiciones de contorno: Serán las indicadas en el esquema para los inlet y outlet. Así mismo, en las paredes para este primer ejemplo daremos condiciones de no deslizamiento y térmicamente adiabáticas.
- Materiales: El dominio fluido será agua en este ejemplo. Para las paredes podría definirse un modelo térmico del material de la tubería para estudiar su intercambio de calor. En este ejemplo se va a simplificar la simulación despreciando ese efecto.
- Mallado: La interfaz de Hyperworks CFD permite definir controles de cada zona a mallar para refinar las regiones que lo requieran, generalmente las de mayor interés. En este caso se podría refinar la zona de unión del tubo inferior con el codo. Al definir el mallado, debemos tener en cuenta:
- Un concepto fundamental en esta simulaciones, la capa límite. Por la complejidad de este tema, se dejará su definición para un tutorial posterior específico.
- Para escoger el tamaño de malla debemos considerar la precisión buscada, los fenómenos a modelar y la capacidad de cálculo disponible. Para este ejemplo un tamaño de elemento medio entre los 10 y los 100 mm puede ser razonable para los objetivos que se persiguen. En la imagen se muestra un mallado de la geometría con 20 mm de tamaño de elemento medio.
Resolución con Acusolve
- Resolución: Acusolve adapta la estrategia de resolución a las físicas definidas para el problema, activando por ello en este caso las ecuaciones de Flujo, Turbulencia y Temperatura. Estas corresponden a las ecuaciones de Navier Stokes con el modelo de turbulencia escogido y la de conservación de la energía.
Post-proceso con Hyperworks CFD
- Informes y Resultados: Durante la resolución del problema puede comprobarse la convergencia del modelo y la evolución de las magnitudes y flujos. Posteriormente, al finalizar la simulación, Hyperworks CFD ofrece muchas posibilidades de post-proceso para obtener y visualizar la información deseada. En las imágenes podemos ver los principales resultados para este caso: los campos de temperatura (en Kelvin) y velocidad (en m/s) en un plano transversal.
Los pasos a seguir empleando Hyperworks CFD y Acusolve se encuentran completamente detallados en el tutorial disponible en nuestra sección de Descargas. En la próxima entrada veremos cómo definir una simulación y visualizar resultados en un análisis transitorio.
