Simulación de flujo en medio poroso de una corriente forzada de aire

Transcripción

1 Simulación de flujo en medio poroso de una corriente forzada de aire R. Salcedo () ; A. Bayón () ; P. Chueca () () Universidad Politécnica de Valencia () Ins7tuto Valenciano de Inves7gaciones Agrarias

2 Qué es la CFD? q Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) Los modelos CFD emplean métodos numéricos para aproximar las ecuaciones que gobiernan el movimiento del flujo v Visualización del comportamiento del flujo v Es7mación con detalle de propiedades v Ayuda a la toma de decisiones evitando ensayos costosos

3 Utilización de la CFD q Aplicaciones en ciencias y tecnología Gran uso en ingeniería ambiental. Por ejemplo: v Prevención de incendios forestales v Hidrología y construcciones hidráulicas v Ven7lación natural en edificaciones etc.

4 Flujo en un medio poroso q Situación en muchos casos ambientales q Existe interés en simularlo correctamente por sus aplicaciones: v Estudio de acuíferos subterráneos v Comportamiento de yacimientos petrolíferos v Diseño de sistemas de drenaje v Tratamientos fitosanitarios en cul7vos arbóreos etc

5 Interacción vegetación-aire q CaracterísBcas del flujo interno v Caída de presión de la corriente v Pérdida de velocidades Por esa razón, junto a las morfología del follaje, la vegetación en CFD se simula generalmente como un cuerpo poroso y homogéneo.

6 Objetivo q Enseñar al alumno a simular el comportamiento de una corriente forzada de aire en un medio poroso con CFD mediante un supuesto prácbco v Caracterizar la resistencia vegetal de un árbol frente al ven7lador de un pulverizador v El alumno se familiarizará con las diferentes formas para ajustar la porosidad v Los resultados serán comparados con datos experimentales para que el alumno también comprenda los conceptos de calibración y validación

7 Datos experimentales q El modelo CFD parte de un ensayo de campo v Se trata de concienciar al alumno de la importancia de los datos experimentales

8 Diseño del modelo q Plantear al alumno el concepto de dominio computacional y x

9 Generación de la malla q Introducir al alumno en la discrebzación del modelo

10 Consideraciones previas q Explicar que son condiciones de entrada: - modelo k- ε standard - superficie sólida lisa C D B A q Definir variable obje7vo (velocidad) y uso de valores experimentales: ) Datos entrada (A y B) ) Validación antes y después del árbol (C y D)

11 Simulando la porosidad q Supuestos: v Medio poroso saturado por el aire v Flujo gobernado por la ecuación de Darcy q El código CFD usado trabaja con la porosidad mediante: v Pérdidas por inercia (m - ) v Pérdidas por viscosidad (m - ) q Enseñar al alumno mediante tres simulaciones: ) Considerando solo las pérdidas inerciales ) Pérdidas inerciales más pérdidas viscosas ) Pérdidas inerciales diferentes para cada árbol q Simulaciones sencillas: v 5 iteraciones (7empo < 5 min) v Introducir el concepto de valor residual y convergencia

12 Primera simulación q Solo pérdidas inerciales: m - C Validación antes del árbol (poste C),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x exp_y sim_y

13 Primera simulación q Solo pérdidas inerciales: m - D Validación después del árbol (poste D),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5 - -, -,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x exp_y sim_y

14 Primera simulación q Pérdidas inerciales ( m - ) y viscosas ( m - ) C Validación antes del árbol (poste C),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x sim_x exp_y sim_y sim_y

15 Primera simulación q Pérdidas inerciales ( m - ) y viscosas ( m - ) D Validación después del árbol (poste D),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5 - -, -,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x sim_x exp_y sim_y sim_y

16 Primera simulación q Pérdidas inerciales ( m - ) en el primer árbol C Validación antes del árbol (poste C),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x sim_x sim_x exp_y sim_y sim_y sim_y

17 Primera simulación q Pérdidas inerciales ( m - ) en el primer árbol D Validación después del árbol (Poste D),5-5,, 5,, 5,, 5,, Velocidad horizontal Vx (m/s),5 -, -,,,,, Velocidad ver7cal Vy (m/s) exp_x sim_x sim_x sim_x exp_y sim_y sim_y sim_y

18 Conclusiones q El alumno aprende a modelar la porosidad y a ajustar la resistencia al paso de un flujo en CFD mediante un caso prác7co de ingeniería ambiental q También se repasan otros conceptos básicos como el diseño del modelo o la elección de las condiciones de contorno q Por úl7mo se da especial importancia a la u7lización de los datos experimentales para el ajuste y validación del modelo

19 Simulación de flujo en medio poroso de una corriente forzada de aire R. Salcedo () ; A. Bayón () ; P. Chueca () Universidad Politécnica de Valencia () ; Ins7tuto Valenciano de Inves7gaciones Agrarias ()