Manejo básico OpenFoam

TUTORIAL
MANEJO BÁSICO
OPENFOAM

Marzo 2013
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ANEXO A: TUTORIAL “CAVITY” DE OPENFOAM
A.1.

PRELIMINARES:

Previamente a comenzar con cualquier tipo de cálculo de cualquier materia, hay que
conocer las herramientas de las que se disponen. La mejor manera de esto es trabajando sobre
tutoriales conocidos, con resultados sencillos e, igualmente, conocidos. La herramienta de
trabajopara nuestros cálculos es OpenFOAM, que es una biblioteca C++ (sólo disponible para
Linux) y que sirve para manipular resolvedores numéricos de problemas de Mecánica de medios
continuos.
OpenFOAM funciona de forma que se hace un Pre-Procesado del problema, en el que se
introducen todo lo relativo a la simulación, desde la asignación del problema hasta sus
condiciones, entre las que encontramosel mallado, la asignación del fluido y sus propiedades, las
condiciones del problema (velocidad, por ejemplo); así como las condiciones de la simulación,
como son el número de iteraciones, el inicio y final de la simulación, los intervalos entre
iteraciones, etc.
A continuación, vendría la Resolución del problema, lanzado con uno de tantos comandos como
tiene OpenFOAM, según el tipo deproblema que se esté trabajando (compresible,
incompresible, con gradientes de temperatura, …).
Por último, se tendría el Post-Procesado, que consistiría en el análisis de todos los resultados
que se han ido obteniendo en la Resolución, para lo cual se utiliza, por ejemplo, el programa
ParaView (al que se puede acceder desde OpenFOAM), u otros, como pueden ser MaxSurf o el
propio Matlab.
Para elpresente estudio, se ha decidido hacer el Pre-Procesado mediante las
herramientas de OpenFOAM, ayudándonos de sencillos códigos de Matlab, para ciertos cálculos
rápidos y para la representación de algunos resultados.
Los objetivos del presente estudio, son aprender a manejar el entorno de OpenFOAM,
ParaView, y todas las posibilidades que nos ofrecen para hacer un análisis profundo de losresultados de nuestro problema. Para ello, se va a pedir realizar simulaciones para el problema
ejemplo “Cavity”, simulando diferentes situaciones (diferentes velocidades, que suponen
diferentes números de Reynolds), variando el número de Reynolds entre 1 y 1000. Además, para
aprender a conocer la precisión que se debe aplicar a nuestro problema, se va a trabajar con
diferentes mallados, para asíver como afecta a los resultados el aplicarle una mayor o menor
precisión al problema. Por ello, se van a simular las situaciones comentadas anteriormente con
diferentes mallados, como son: 10x10, 50x50 y 100x100. Una vez simulado todo esto, se llegará
a una comparación, con las correspondientes conclusiones acerca de la importancia del mallado y
de cómo afecta a las magnitudes que nosinteresan (velocidad y presión).

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A.2.

PRE-PROCESADO:

Para el pre-procesado, se utilizan los propios directorios de OpenFOAM, sobre los
cuales se realizarán los cambios pertinentes para ir variando las condiciones de la simulación. Lo
primero que hay que tener en cuenta es saber exactamente qué es lo que se va a hacer.
Para el problema original citado “Cavity” de OpenFOAM, se cambiará lageometría, ya
que nos interesa conocer la forma de hacerlo, pasando ésta de 10 cm a 20 cm en sus
dimensiones X e Y, y se mantendrá la suposición de que sea una caja delgada, para poder
suponer que se comporta como al trabajar en 2D, ya que la coordenada Z, al ser tan pequeña, no
va a sufrir nungún tipo de cambios.
Para el estudio, se han distinguido ciertos casos, según las velocidades de latapa
superior (la que se desplaza), variando así su número de Reynolds, que se rige por la siguiente
expresión:
R e=

U∗ d

Donde U es la velocidad de dicha tapa, d es la distancia característica y υ la viscosidad
del fluido en el que se encuentra el cuerpo (cuyo valor se ha establecido en 0,01).
Para poder ser precisos a la hora de obtener los resultados, se han propuesto tres...