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Área Aerodinámica y Fluidodinámica Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional de La Plata
Grupo Fluidodinámica Computacional (GFC)
La Mecánica de Fluidos estudia el movimiento de los fluidos (líquidos y gases), comúnmente de tres formas:
Teórica
Experimental
Numérica: Mecánica de los Fluidos Computacional ( = Computational Fluid Dynamics, CFD)
CFD: ¿QUÉ ES LA MECÁNICA DE LOS FLUIDOS COMPUTACIONAL?
Es la ciencia de predecir flujo de fluidos, transferencia de calor y masa, reacciones químicas y fenómenos relacionados resolviendo numéricamente las ecuaciones que gobiernan estos procesos
Los resultados de CFD son datos utilizados en: – Estudios conceptuales de nuevos diseños, – Desarrollo de productos – Análisis de problemas – Investigación básica y aplicada
• El análisis por CFD complementa los resultados de ensayos e investigación experimental y teórica y reduce la carga de trabajo en laboratorio.
Grupo Fluidodinámica Computacional
GFC
Los objetivos del GFC son:
• Utilización, desarrollo y validación de códigos CFD para la
investigación y el análisis de problemas complejos.
• Complementación e interacción entre la investigación numérica y
experimental en Mecánica de los Fluidos.
• Actividades de investigación y desarrollo en Fluidodinámica y
Aerodinámica como un trabajo interdisciplinario, con aportes de
Estructuras, Termodinámica, Propulsión, etc.
• Formación y entrenamiento de recursos humanos, a traves de
actividades docentes: cursos de postgrados y la incorporación gradual
de herramientas CFD para los cursos de grado en Mecánica de los
Fluidos, Aerodinámica, Turbomáquinas, etc.
• Administración y mejoramiento de un cluster de alta disponibilidad con
elevada potencia de cálculo para problemas complejos (fluidos
bifásicos, reactivos, interacción fluido-estructura, etc.)
Grupo de Fluidodinámica Computacional
GFC
En este Grupo de Trabajo participan docentes, estudiantes de grado y de
postgrado en el Área Fluidodinámica y Aerodinámica
Surge a raíz de la necesidad de estudios
fluidodinámicos detallados y de análisis de
modificaciones de diseño muy difíciles de
implementar en forma experimental.
El Grupo cuenta actualmente con un cluster de 11
nodos con procesadores Intel Xeon (96 núcleos) y
292 GB de RAM, un blade de 40 procesadores, y
licencias de Ansys CFD sin limitación de nodos para
investigación.
Esta capacidad le permite el estudio de problemas 3D
relativamente complejos de Aerodinámica y
Fluidodinámica.
Grupo de Fluidodinámica Computacional
GFC
Ecuaciones diferenciales a resolver en forma numérica
Se divide el dominio de cómputo en un gran número de celdas o volúmenes de control. (MALLADO) -> Modelo numérico
En cada celda las ecuaciones diferenciales de conservación que describen el movimiento del fluido se aproximan con ecuaciones algebraicas que relacionan las variables como presión, velocidad, temperatura de la celda con los valores en las celdas adyacentes. -> Modelo numérico
Estas ecuaciones se resuelven numéricamente para obtener la configuración del flujo, con la resolución de la malla. -> Modelo numérico
Grupo de Fluidodinámica Computacional
GFC
Para problemas típicos de Ingeniería Aeronáutica, el número de elementos (puntos de cálculo), puede ser:
– 1E4-1E5 problemas relativamente sencillos (2-D) – 1E5-1E6 problemas intermedios – 1E7 problemas grandes, pero comunes. – 1E8 problemas muy grandes (aerodinámica detallada de un avión completo)
Par
alle
l co
mp
uti
ng
CLUSTER GFC
Investigación Aplicada:
AEROESPACIAL
Análisis de vehículo lanzador satelital: Detalle de la malla
Análisis de vehículo lanzador
satelital: flujo en el motor y descarga
Detalle de malla en la tobera
Presiones sobre el eje de la tobera
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
1800000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
S-A
k-epsilon
SST
Teorico 1D
Sobreexpansión y compresión debidas a la onda de expansión
Teórico 1D
Diseño de deflectores para el chorro de un motor cohete en rampa de lanzamiento
Tanque de combustible sometido a aceleraciones:
« sloshing » (oleaje)
Diseño de inyectores bipropelentes para motores cohete
Llenado de domo de combustible e inyectores
Estudio térmico y fluidodinámico de configuración de cohete con tres motores
Botella de N2
Válvula de carga de
N2
Acumulador
Análisis de «pogo» en sistema de alimentación de un motor cohete y diseño de acumulador anti-pogo.
Investigación Aplicada:
Industrial, Ingeniería del viento, etc.
Diseño de un encauzador de flujo para chimenea industrial
Cargas de viento en elementos de radar
Cargas fluctuantes sobre paneles de radar
0.8 0.9 1 1.1-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
t(s)
Cy
Cy(t) 0 grados
101
102
103
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1Espectro de Cy
f(Hz)
S(C
y)
101
102
103
0
0.05
0.1
0.15
0.2Espectro de Cx
f(Hz)
S(C
y)
0.8 0.9 1 1.10.25
0.275
0.3
0.325
0.35
t(s)
Cx
Cx(t)
0.8 0.9 1 1.1-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
t(s)
Cy
Cy(t) 0 grados
101
102
103
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1Espectro de Cy
f(Hz)
S(C
y)
101
102
103
0
0.05
0.1
0.15
0.2Espectro de Cx
f(Hz)
S(C
y)
0.8 0.9 1 1.10.25
0.275
0.3
0.325
0.35
t(s)
Cx
Cx(t)
Simulación dinámica de una válvula clapeta de tres vías
Cargas eólicas estáticas y dinámicas sobre una sección de
grúa-puerto.
Efectos del viento sobre un conjunto de silos para
cereales
Optimización de un secador de pelo comercial
POSIBILIDADES…
Dispersión
Ventilación
Flujos complejos:
interacción fluido-
estructura
Cursos específicos de simulación numérica de Fluidos
Materia optative de grado: Introducción a la Mecánica
de Fluidos Computacional
Cursos de Postgrado:
- Métodos Numéricos en Fenómenos de Transporte
- Tópicos Avanzados en CFD
- Introducción a CFD I: Uso práctico de Fluent
Grupo de Fluidodinámica Computacional
(GFC)
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