CFD-07. Acondicionador de flujo. Optimización.

En esta entrada sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) vamos a estudiar un sistema de cilindros habitual en acondicionamiento de flujo. Este ejemplo muestra como se podría realizar la optimización de la geometría de un dispositivo para lograr un flujo con las propiedades necesarias para ciertos procesos.

Para este estudio utilizaremos el software de cálculo Acusolve con el pre-procesador Hyperworks CFD. En la sección de Descargas se encuentra disponible un tutorial donde se detallan los pasos a seguir desde la preparación del modelo al análisis de resultados.

La siguiente imagen muestra un esquema del sistema. Mediante el uso de simulaciones CFD se puede comprobar el efecto de diferentes combinaciones de parámetros M y d en las propiedades del flujo a la salida del dispositivo sin necesidad de realizar ensayos.

Esquema del generador de turbulencia a analizar en estas simulaciones

Para este caso emplearemos de nuevo simplificaciones por simetría para obtener un dominio bidimensional de menor tamaño. De esta forma podremos obtener resultados realistas con un modelo de menor coste computacional.

Pre-proceso con Hyperworks CFD

La geometría final a considerar puede verse en la siguiente imagen:

Geometría del modelo a simular con las simplificaciones por simetría realizadas

Para realizar la optimización se irían probando diferentes combinaciones de parámetros M y d. Una vez validada la geometría, desde el menú de físicas seleccionamos el modelo Standard K-épsilon. Este nos permite introducir manualmente los parámetros de turbulencia a la entrada, correspondientes a resultados de un caso experimental.

En este caso definimos para el mallado una capa límite adecuada, una zona de refinamiento alrededor del cilindro, y un tamaño de malla global de 1mm. Por último se definen las zonas donde exportar resultados desde la cinta Solution.

Resolución del problema y Post-proceso

Como resultados principales mostramos la velocidad y el perfil de energía cinética de turbulencia en el flujo. Estas primeras imágenes muestran resultados cerca de los cilindros.

Resultados de velocidad y turbulencia en el flujo tras la linea de acondicionadores

Sin embargo, en este dispositivo lo interesante son las propiedades cuando el perfil vuelve a ser uniforme en el espesor, estudiando así el efecto que el acondicionador ha tenido sobre el flujo a diferentes distancias, según muestra la imagen.

Resultados CFD a diferentes distancias aguas abajo del dispositivo de acondicionamiento

En el tutorial se muestra también un proceso para obtener los valores numéricos de los diferentes resultados de salida integrados sobre las superficies. Estos pueden usarse como dato de entrada a otras simulaciones o como dato para otro software donde se quiera tratar los datos.

Conclusión: Optimización

En un caso de aplicación, a lo mostrado en el tutorial le seguiría una fase de optimización de los parámetros dimensionales M y d para obtener las propiedades deseadas en el flujo a la distancia requerida.

Este ejemplo muestra como las simulaciones CFD pueden ser útiles en la optimización de procesos desde la fase de diseño. Este tipo de estudios pueden suponer un importante ahorro en costes de realización de ensayos, puesto que permiten afinar en gran medida los parámetros óptimos de un diseño preliminar antes de comenzar la fabricación.

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