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Simulaciones de Malla Dinámica en OpenFOAM: Un Enfoque Híbrido Euleriano-Lagrangiano

Autores: Pasolari, Rention; Ferreira, Carlos Simão; van Zuijlen, Alexander; Baptista, Carlos Fernando

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Simulaciones de Malla Dinámica en OpenFOAM: Un Enfoque Híbrido Euleriano-Lagrangiano


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Solucionadores euleriano-lagrangianos
Flujos aerodinámicos
Movimientos de malla dinámica
Solucionador openfoam
Solucionador híbrido
Simulaciones de malla dinámica

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

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Descripción
Las últimas décadas han sido testigos de una creciente popularidad de los solucionadores Euleriano-Lagrangianos debido a su significativo potencial para simular flujos aerodinámicos, particularmente en casos que involucran fuertes interacciones entre cuerpos y vórtices. En este enfoque híbrido, los dos solucionadores componentes están acoplados mutuamente de manera bidireccional. Inicialmente, el solucionador Lagrangiano puede proporcionar condiciones de contorno al solucionador Euleriano, mientras que el solucionador Euleriano funciona como un corrector para la solución Lagrangiana en regiones donde este último no puede alcanzar alta precisión. Para utilizar estas herramientas de manera efectiva, es vital que sean capaces de manejar movimientos de malla dinámicos. Este estudio se basa en la investigación previa realizada por nuestro equipo y amplía las capacidades del solucionador híbrido para manejar mallas dinámicas. Si bien OpenFOAM, el componente Euleriano de este código híbrido, incorpora propiedades de malla dinámica integradas, son necesarias ciertas modificaciones para garantizar su compatibilidad con el solucionador Lagrangiano. Más específicamente, el algoritmo de evolución del solucionador pimpleFOAM necesita ser dividido en dos pasos discretos: primero, actualizar la malla, y luego, evolucionar la solución. Esta división permite un acoplamiento adecuado entre pimpleFOAM y el solucionador Lagrangiano como un paso intermedio. Por lo tanto, el objetivo principal de este artículo específico es adaptar el solucionador OpenFOAM para satisfacer las demandas del solucionador híbrido y posteriormente validar que el solucionador híbrido puede abordar efectivamente los desafíos de malla dinámica utilizando este enfoque. Este enfoque introduce un método pionero para realizar simulaciones de malla dinámica dentro del marco de OpenFOAM, mostrando su potencial para aplicaciones más amplias. Para validar el enfoque, se emplean varios casos de prueba que involucran movimientos de malla dinámica. Específicamente, todos estos casos emplean el vórtice difusor de Lamb-Oseen, pero cada caso incorpora diferentes tipos de movimientos de malla, incluyendo translacionales, rotacionales, oscilatorios y combinaciones de estos. Los resultados de estos casos demuestran la efectividad del algoritmo OpenFOAM propuesto, con los errores relativos máximos -en comparación con la solución analítica en todos los casos presentados- limitados al 2.0% para el peor de los escenarios. Esto afirma la capacidad del algoritmo para manejar con éxito simulaciones de malla dinámica con el solucionador propuesto.

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