Una estrategia eficiente para ofrecer comprensión tanto de los aspectos numéricos como prácticos al utilizar las ecuaciones de Navier-Stokes para resolver problemas de mecánica de fluidos
Autores: Adair, Desmond; Jaeger, Martin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Una estrategia eficiente para ofrecer comprensión tanto de los aspectos numéricos como prácticos al utilizar las ecuaciones de Navier-Stokes para resolver problemas de mecánica de fluidos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfoque numérico
Ecuaciones de Navier-Stokes
Método de volúmenes finitos
Flujo incompresible
Modelado de turbulencia
Dinámica de fluidos computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Se describe una estrategia eficiente y completa para introducir a los estudiantes de pregrado en un enfoque numérico para calcular el flujo. Primero, se desarrollan los pasos básicos, especialmente la discretización, involucrados al resolver las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando un método de volumen finito para el flujo incompresible en estado estacionario, con el objetivo principal de que los estudiantes sigan desde la descripción matemática de un problema dado hasta la solución final de las ecuaciones gobernantes de manera transparente. Se utiliza el conocido problema de la "cavidad impulsada" como el problema para probar el código escrito por los estudiantes, y las ecuaciones de Navier-Stokes se presentan inicialmente en la forma de vorticidad-función de corriente. Esto es seguido por un método de solución utilizando las variables primitivas y una discusión de detalles como el cierre de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando modelado de turbulencia, la malla adecuada dentro del dominio de cálculo, varias condiciones de contorno, propiedades de los fluidos y los métodos importantes para determinar que se ha alcanzado una solución de convergencia. Se encuentra que tal curso es un enfoque eficiente y transparente para introducir a los estudiantes en la dinámica de fluidos computacional.
Descripción
Se describe una estrategia eficiente y completa para introducir a los estudiantes de pregrado en un enfoque numérico para calcular el flujo. Primero, se desarrollan los pasos básicos, especialmente la discretización, involucrados al resolver las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando un método de volumen finito para el flujo incompresible en estado estacionario, con el objetivo principal de que los estudiantes sigan desde la descripción matemática de un problema dado hasta la solución final de las ecuaciones gobernantes de manera transparente. Se utiliza el conocido problema de la "cavidad impulsada" como el problema para probar el código escrito por los estudiantes, y las ecuaciones de Navier-Stokes se presentan inicialmente en la forma de vorticidad-función de corriente. Esto es seguido por un método de solución utilizando las variables primitivas y una discusión de detalles como el cierre de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando modelado de turbulencia, la malla adecuada dentro del dominio de cálculo, varias condiciones de contorno, propiedades de los fluidos y los métodos importantes para determinar que se ha alcanzado una solución de convergencia. Se encuentra que tal curso es un enfoque eficiente y transparente para introducir a los estudiantes en la dinámica de fluidos computacional.