caffa3d.mb : paralelismo en mecánica de los fluidos computacional imfia – facultad de ingeniería...
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Caffa3d.MB :
Paralelismo en Mecánica de los Fluidos
Computacional
IMFIA – Facultad de Ingeniería
Grupo de Mecánica de los Fluidos Computacional
29 de Abril de 2010
Motivación:Estudiar el flujo en el interior de un modelo de alojamiento de componentes electrónicos (PCB), los cuales requieren una adecuada ventilación.
Dilema:
Desarrollar un modelo numérico propio… ó
Adoptar un modelo numérico existente
Objetivo:Desarrollar un modelo numérico paralelo para flujos confinados en geometrías complejas.
Características principales:• versión 3D del solver 2D ‘caffa’ (Peric 1997)• flujo incompresible, viscoso/turbulento (k-e, LES)• Volúmenes Finitos, implícito, acople p-v SIMPLE• mallas curvilíneas, estructuradas por bloques• interfaces ‘una-a-una’, ‘muchas-a-una’ y deslizantes• solver lineales SIP, CGStab y AMG-SIP• interpolación lineal FTSE• paralelizado por OpenMP para máquinas SMP
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Ecuaciones:
Al discretizar y linearizar obtenemos un sistema lineal hepta-diagonal (molécula P,W,E,S,N,B,T) para cada ecuación:
uu QuA uA
uT
uTE
uEW
uWP
uP QA...AAA uuuu
Método:Bloquesde mallaconectados
P RE
Montamos una lista de correspondencias en la interfaz.
En la ecuación para el nodo P en lugar de una C.B. se tiene una término de flujo ‘ordinario’, donde el nodo ‘R’ reemplaza al nodo ‘E’.
uT
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uP QA...AAA uuuu
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)0A ( uE
R
Los ‘nuevos’ coeficientes ‘inter-bloque’ son no-estructurados. Requiere correcciones en el solver.
uu QuA
El solver no precisa nuevos cambios.
En cada paso temporal debe actualizarse la lista de índices de correspondencia y las fracciones de fronteras de interfaz
Actualmente sólo implementado para rotaciones sencillas
Interfaces ‘deslizantes’
Ejemplo : Mezclador de paleta (~2D)
Uso de OpenMP:
Basado en la misma estructura de bloques
uu QuA
Ejemplo: Mezclador de
paleta a Re=1000
Ejemplo : Péndulo de
paleta ‘pesada’ a Re=1000
En donde estamos:
• Se ha desarrollado y validado el modelo numérico caffa3d.MB de volúmenes finitos para flujos incompresibles tridimensionales confinados en geometrías complejas.
• El modelo incorpora diversas técnicas avanzadas como mallas curvilíneas estructuradas por bloques, interpolación FTSE, interfaces deslizantes, solver lineales multigrilla, paralelización por OpenMP, etc.
• Se ha sido diseñado en forma modular permitiendo albergar extensiones como modelos de turbulencia, modelos VOF de superficie libre, modelos de cuerpos rígidos, flujos de fluido+partículas, flujo compresible, etc,...
• Se ha propuesto una modalidad ‘open source’ para el modelo, estando disponible para su uso libre en www.fing.edu.uy/imfia/caffa3d.MB
Extensión caffa3d.MB (I):
Flujo a superficie libre.
• Método VOF incorporando una función ‘color’.
• Este campo es advectado puramente, sin difusión.
• Ubbink & Issa, (1999) 00
vtdt
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Extensión caffa3d.MB (II):
Flujo de aire frío sobre topografía durante heladas radiativas
• Incorporación transferencia de calor radiante en la atmósfera.
Extensión caffa3d.MB (III):
Modelos de turbulencia. Flujo sobre el Cerro de los Caracoles (Uruguay)
• Incorporación de la topografía (datos DEM)
• Modelo de turbulencia k-eps
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