CFD-09. Flujo por canal curvo. Modelo de turbulencia SST.

En este post sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) comenzamos una serie de entradas dedicadas a estudios donde la turbulencia del flujo desempeña un papel fundamental. En este primer ejemplo estudiamos el flujo por un canal curvo, donde el modelo de turbulencia SST (Shear Stress Transport) puede ser de aplicación.

Como se muestra en la imagen, emplearemos un dominio prácticamente bidimensional con condiciones periódicas en el flujo. Esto permite representar el comportamiento del fluido en el canal curvo completo. En el tutorial disponible en nuestra sección de Descargas, se encuentran todos los pasos a seguir en Hyperworks CFD e Hypermesh para preparar el modelo y resolverlo empleando Acusolve.

Esquema del canal curvo y de la porción que utilizamos como mallado CFD

Modelo de turbulencia SST: Corrección por curvatura

El objetivo será comparar la convergencia y los resultados del modelo resolviéndolo con y sin corrección por curvatura del modelo de turbulencia SST.

Se aplican condiciones de contorno de simetría en las paredes laterales, pared sin deslizamiento en los extremos del canal y las condiciones apropiadas para inlet y outlet. En la siguiente imagen se puede ver la distribución final de condiciones. En ella también se observa el mallado realizado, que como describe el tutorial se importa empleando Hypermesh desde un mallado de Ansys Fluent.

Esquema del modelo con las condiciones de contorno correspondientes

Desde el menú de físicas se escogen las opciones a simular. En ambos casos de estudio será un análisis estacionario con modelo de turbulencia SST sin efectos de transición. Primero se empleará sin corrección de curvatura y después con esta opción activada.

Resultados de la simulación

Durante el cálculo con Acusolve se comprueba que la convergencia de ambas alternativas es similar. Una vez completada la resolución, para comparar los datos con los experimentales se colocan una serie de puntos de medida. Estos permiten exportar a un archivo la velocidad obtenida a lo largo de la línea central del canal. Para ello se emplea la opción Point Probes desde la cinta Post de Hyperworks CFD.

Estos resultados se exportan y tras su adimensionalización, se dibujan en una gráfica junto con los resultados experimentales, como se muestra en la siguiente imagen.

Las conclusiones de este estudio son que el modelo consigue un ajuste muy bueno en la zona central del canal, y razonable en las regiones laterales, obteniendo una buena predicción del comportamiento global del fluido. La zona con peores resultados es la cercana a la pared más próxima, con errores en torno al 10% en la zona más desfavorable.

Lo otro que se observa es que para este caso, la corrección por curvatura del modelo SST ha tenido un efecto prácticamente inapreciable, por lo que no es necesaria. Su efecto sería más significativo en flujos de mayor complejidad por curvatura de las superficies, para los cuales conviene conocer y activar esta característica del modelo de turbulencia.

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