dinámica de fluidos computacional

Dinámica de fluidos computacional.
La dinámica de fluidos es una rama de la física que estudia el movimiento de los
fluidos en relación a las fuerzas que actúan sobre ellos. Pero la Dinámica de
Fluidos Computacional, o en breve CFD por sus siglas en inglés, es la utilización
de las computadoras como herramientas para resolver las ecuaciones de la
dinámica de fluidos con el fin de poderaplicarlas a problemas reales y de utilidad
práctica.
El movimiento de los fluidos en ciertos pasajes, y en general en formas complejas,
desafía el análisis directo por medio de las ecuaciones que los gobiernan.
Las ecuaciones diferenciales parciales que gobiernan la mecánica de los fluidos y
la transferencia de calor incluyen la ecuación de continuidad, las ecuaciones de
Navier-Stokes y laecuación de la energía. Estas ecuaciones son complejas, se
relacionan íntimamente y no son lineales, lo que hace imposible una solución
analítica general, excepto para un número limitado de problemas.
Debido a que la mayoría de problemas prácticos de interés no cae en esta
categoría limitada, se dispone de métodos numerosos para efectuar lo anterior, a
lo que en conjunto se denomina comodinámica de fluidos computacional (DFC),
los cuales utilizan el método del elemento finito para reducir las ecuaciones
complejas que los gobiernan, a un conjunto de ecuaciones algebraicas en puntos
discretos o nodos sobre cada elemento pequeño dentro del fluido, además la DFC
analiza la transferencia de calor en el fluido.
El cómputo de alta velocidad y los códigos eficientes de programación hacenque
este análisis sea práctico. Los resultados incluyen perfiles de velocidad del flujo,
presiones, temperaturas y líneas de corriente que se representan en forma gráfica.
Los pasos requeridos para emplear la DFC incluyen lo siguiente:
1.
2.

3.

Discretizacion del flujo continuo, es decir, las variables de campo.
Establecer las condiciones de frontera que definan valores conocidos depresión, velocidad, temperatura y coeficientes de transferencia de calor en
el fluido.
Discretizacion de las ecuaciones de movimiento

4.
5.
6.
7.
8.

Asignar un tamaño de mala a cada elemento, con tamaño nominal de
0.10mm
Después, la mayoría del software que existe comercialmente creara en
forma automática el modelo del elemento finito.
Especificar el tipo de material para loscomponentes solidos (como acero,
aluminio y plástico) y los fluidos (como aire, agua y aceite).
Iniciar el proceso de cómputo.
Cuando se termina el análisis, se escogerá el tipo de presentación
pertinente para los factores investigados entre ellos: trayectorias del fluido,
perfiles de velocidad, graficas de isotermas y distribuciones de presión.

FACTORES QUE AFECTAN LOS RESULTADOS EN DFC.
1.Que la malla o se genere de manera apropiada.
2. Que las condiciones de frontera o los parámetros de flujo se introduzcan
inadecuadamente.
APLICACIONES DE LA DFC
La DFC ha sido empleada en gran cantidad de campos de la ingeniería, entre los
que destacan:
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Aerodinámica
Hidrodinámica de embarcaciones.
Motores
Turbo maquinas
Transferencia de calor
Ingeniería deprocesos
Ingeniería medioambiental
Etc.

Existen muchos métodos para la discretización del problema, cayendo en una
clasificación de tres categorías:
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Diferencias finitas
Volúmenes finitos
Elementos finitos

Todos ellos requieren de una previa discretizacion espacial para poder así
discretar las ecuaciones que gobiernan el fluido, existiendo dos tipos de mallado,

los cualesdefinen las celdas en las que se calculan las variables de flujo (v, p, t,
entre otras) en todo el dominio computacional
Mallado estructurado: consta de celdas planas con cuatro lados (2-D) o celdas
volumétricas con seis caras (3-D) cada punto (celda) de la malla esta
inequívocamente identificado por los índices (i, j, k) en coordenadas cartesianas.
En una malla estructurada (2-D), cada...