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Evaluación de Algoritmos de Solución para LES de Flujos Turbulentos Usando OpenFOAM

Autores: López Castaño, Santiago; Petronio, Andrea; Petris, Giovanni; Armenio, Vincenzo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2019

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Acceso abierto

Artículo científico
2019

Evaluación de Algoritmos de Solución para LES de Flujos Turbulentos Usando OpenFOAM


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Algoritmos
Metodología LES
Marco de OpenFOAM
Modelos de subred
Flujos turbulentos
Algoritmo RK4

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Validamos y probamos dos algoritmos para la integración temporal de la forma Boussinesq de las ecuaciones de Navier-Stokes dentro de la metodología de Simulación de Grandes Vórtices (LES) para flujos turbulentos. Los algoritmos están implementados en el marco de OpenFOAM. Por un lado, hemos implementado un método de proyección de Runge-Kutta (RK4) de presión incremental que conserva la energía para la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes junto con un modelo mixto lagrangiano dinámico para flujos de momento y escala subrejilla (SGS) de escalar; por otro lado, revisamos el algoritmo PISO presente en OpenFOAM (pisoFoam) en conjunto con el modelo de viscosidad de eddy dinámico para flujos de momento SGS y una analogía de Reynolds para los flujos de escalar SGS, utilizado para el estudio de flujos de canal turbulentos y flujos impulsados por flotabilidad. En ambos casos, se ha estudiado la validez de la función de filtro anisotrópico, adecuada para mallas hexaédricas no homogéneas, y se ha demostrado que es útil para LES industriales. Pruebas preliminares sobre las propiedades de conservación de energía de los algoritmos estudiados (sin la inclusión de los modelos de escala subrejilla) muestran la superioridad de RK4 sobre pisoFoam, que exhibe características disipativas. Realizamos pruebas adicionales para flujos de canal limitados por paredes y para la convección de Rayleigh-Bénard en el régimen turbulento, ejecutando LES utilizando ambos algoritmos. Los resultados muestran que el algoritmo RK4 junto con el modelo mixto lagrangiano dinámico da mejores resultados en los casos analizados tanto para estadísticas de primer como de segundo orden. Por otro lado, las características disipativas de pisoFoam detectadas en las pruebas anteriores se reflejan en una evaluación menos precisa de las estadísticas del campo turbulento, aunque la presencia del modelo de escala subrejilla mejora la calidad de los resultados en comparación con una simulación numérica directa gruesa correspondiente. En el caso de la convección de Rayleigh-Bénard, los resultados de pisoFoam mejoran con el aumento de los valores del número de Rayleigh, y esto puede atribuirse a la analogía de Reynolds utilizada para los flujos de temperatura de escala subrejilla. Finalmente, señalamos que el presente análisis se mantiene para mallas hexaédricas. Se necesita más investigación para la extensión de los métodos propuestos a redes no estructuradas generales.

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