En este nuevo post sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) veremos un caso sencillo de simulación CFD empleando un modelo de turbulencia LES (Large Eddy Simulation). Este permitirá ver los remolinos e inestabilidades del flujo turbulento en una tubería. Para poder observar este fenómeno incluiremos una cierta turbulencia artificial en el inlet y analizaremos así como afectan estas condiciones de entrada al flujo.
En el tutorial disponible en nuestra sección de Descargas se pueden ver todos los pasos necesarios para activar este modelo e incluir las condiciones empleando Acusolve.
Preparación del modelo CFD
El modelo será en este caso muy sencillo, una tubería con un inlet y un outlet a la cual asignamos una velocidad de entrada media como muestra la siguiente imagen.
El mallado tiene una capa límite adecuado a los fenómenos esperados y una zona central con un mallado estructurado. Los detalles de los casos simulados se explican a continuación.
Simulación CFD y Resultados
En primer lugar se simula un caso estacionario con modelo de turbulencia SST. Estos resultados se emplean como condición inicial de la simulación LES que debe ser transitoria. Esta inicialización favorece la estabilidad de la simulación CFD. Para este ejemplo se simula un periodo de 0.01s con paso de tiempo muy reducido que permita captar la evolución del flujo con precisión.
Los resultados del análisis transitorio configurado de esta manera son los esperables en un flujo desarrollado por una tubería. También son muy similares a los del caso estacionario. El perfil de velocidades se muestra en la siguiente imagen.
Turbulencia Artificial
Si queremos simular un flujo que provenga de una zona de perturbaciones, como pueden ser cambios de sección o elementos móviles en el interior de la tubería, podemos activar la opción de turbulencia artificial en el inlet.
Los valores de entrada pueden venir de mediciones experimentales o ser resultados de la simulación CFD de otra parte del sistema. Esto es una herramienta útil para dividir las simulaciones en subsistemas.
Con los datos descritos en el tutorial, simulando de nuevo el modelo transitorio con LES se pueden visualizar en los diferentes instantes las estructuras inestables que aparecen en el flujo. En las siguientes imágenes se muestran los resultados en los instantes correspondientes a un tercio, dos tercios y el final del caso simulado.
Una vez más observamos la importancia de definir las condiciones de entrada de la simulación de forma correcta para obtener resultados que se ajusten a la realidad.
