Dinámica De Fluidos Computacional

Dinámica De Fluidos Computacional

(CFD)

Introducción

Últimamente se ha venido relacionando la dinámica de fluidos computacional (CFD) con la modelación numérica para hacer una mejora en diseños de unidades hidráulicas. Se ha enfocado a problemas del campo de la ingeniería civil pero más específicamente al campo de la mecánica de fluidos con la ayuda de herramientas computacionales generando una mejora en procesadores, en nuevos lenguajes, simulaciones numéricas; para así aplicar modelos numéricos que ayuden a estudiar aún mejor los fenómenos físicos que estén relacionados a los problemas de diseño, optimización de costos y el tiempo de ejecución.

¿Qué es CFD?

La dinámica de fluidos computacional CFD (del inglés “Computational Fluid Dynamics”) es una rama de la mecánica de fluidos que utiliza algoritmos basados en métodos numéricos para resolver las ecuaciones que gobiernan el flujo de fluidos, los cuales permiten conocer de manera cualitativa y cuantitativa el comportamiento de los fluidos. Finalmente viene siendo la combinación de la mecánica de fluidos más el cálculo numérico.

Las ecuaciones que se utilizan para predecir el comportamiento de fluidos pueden ser resueltas por medio de diferentes métodos numéricos.

Un ejemplo de las ecuaciones utilizadas en la dinámica de fluidos computacional (CFD) es la de transporte de variables de interés:

[pic 1]

Todas las soluciones analíticas que los softwares de dinámica de fluidos computacionales deben resolver se componen de los cuatro términos vistos anteriormente; tiempo, advección, difusión y fuente. Esto forma la base para hallar soluciones predictivas al comportamiento de flujos.

¿Cómo funciona?  

Ventajas y desventajas

Ventajas         

• Bajo coste que presentan la simulación de prototipos en comparación con ensayos de modelos a escala real o reducida.
• Libertad para imponer condiciones de contorno y obtener información de todas las variables en gran cantidad de puntos del espacio.

Desventajas

• Alto costo que resulta resolver todas las escalas de las ecuaciones de Navier-Stokes cuando el fluido se encuentra en régimen turbulento, lo que obliga a reducir el tamaño de la simulación usando modelos en las ecuaciones que pueden dar lugar a soluciones no solo cuantitativamente incorrectas sino también cualitativamente.

Aplicaciones del CFD

Existen muchísimas áreas en las cuales podemos ver reflejada la dinámica de fluidos computacional, a continuación, se mencionarán algunas de ellas:

• Simular el comportamiento de fluidos en diferentes entornos.
• Análisis de riesgos en procesos industriales.
• Control de procesos industriales.
• Planificación y gestión de recursos hídricos.
• Análisis de proyecto de hidrodinámicas.
• Análisis de proyecto de aerodinámicas.
• Simulaciones predictivas del impacto ambiental.
• Planificación de proyectos para diversas fuentes de generación de energías. 
• Soluciones para industrias mineras, acuicultoras, agricultura, petroquímica.
• Soporte investigativo en proyectos de arquitectura y urbanismo.
• Aporte a los procesos industriales.
• Diseño y optimización de maquinarias rotativas.
• Extracción de aire contaminante.
• Refrigeración de equipos electrónicos.
• Transferencia de calor.
• Diseño aerodinámico.
• Biomédica.
• Estructuras hidraulicas.
• Optimización de materiales.

Softwares especializados en CFD

https://www.riego.mx/files/webinars/webinar16.pdf

https://mset.cl/dinamica-de-fluidos-computacional/

https://torroja.dmt.upm.es/media/adrian/publications/notas.pdf

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