Continuamos con las entradas relacionadas con Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). En este caso vamos a realizar un benchmark de ejemplo habitual en análisis térmicos utilizando CFD, el estudio de la refrigeración de un procesador. Para ello emplearemos Acusolve con el pre-procesador Hyperworks CFD. El caso de estudio planteado se puede ver a continuación en la imagen.
Modelo CFD para el problema
Como se explica en el tutorial, disponible en nuestra sección de Descargas, el problema se va a resolver considerando las condiciones de simetría para estudiar únicamente un dominio prácticamente bidimensional de altura h/2. Para el estudio del flujo se añaden tramos de entrada y salida adecuados que permitan la estabilización del flujo. Esto deja el dominio computacional como se muestra en la siguiente imagen con un espesor de 5mm para generar un mallado 3D que permita resolver el problema con Acusolve.
Como condiciones de contorno se colocan simetrías en todas las caras salvo la correspondiente a la placa del procesador, que se sitúa en la parte baja de la zona central, de longitud L. En esta placa se va a modelar una temperatura objetivo constante de 300K. De esta forma podremos calcular la disipación térmica que logra el sistema. Otra opción para estudiar la refrigeración de un procesador sería imponer una potencia disipada en él y estudiar a qué temperatura se estabiliza el componente.
Mallado y Capa límite
En este análisis, para captar bien la transferencia de calor, es fundamental crear una capa límite adecuada en el mallado. El tutorial relacionado con esta entrada muestra el proceso para estimar un tamaño de elemento inicial y un ratio de crecimiento que permitan captar el fenómeno. En Acusolve la capa límite se define como un control de malla, de forma similar a una zona de refinamiento pero con otros parámetros.
Refrigeración de un procesador: Resultados
Tras simular el modelo, los resultados permiten ver la capa límite tanto en el perfil de velocidades como en el de temperaturas. Estos se muestran en la siguiente imagen.
Esta simulación se compara con los resultados analíticos considerando el resultado de potencia disipada en el procesador, de unos 91mW. La temperatura media en el outlet que se obtiene del cálculo analítico encaja bien con la que predice el modelo simulado. El tutorial concluye con el cálculo del número de Nusselt del intercambiador y un breve estudio de las fuerzas que provoca el flujo sobre las placas, valor de utilidad en otros tipos de análisis.
En la siguiente entrada relacionada con CFD, trataremos los diferentes modelos de turbulencia habituales en mecánica de fluidos computacional. Para ello veremos un benchmark común en este tipo de simulaciones, la predicción del flujo invertido tras un escalón.
