Contenido
Lista de recursos gráficos ix
Introducción xvii
1. Dinámica computacional de fluidos 1
Tipos de flujos 3
Pasos para modelar un sistema 6
Ecuaciones que modelan un sistema 8
Condiciones de frontera 15
Solución numérica de las ecuaciones 21
Algoritmo de Gauss-Seidel 29
Medición de la convergencia 37
Esquemas de discretización 38
Resolviendo el campo de velocidad 47
Flujos en estado no estacionario 50
Mallado 54
Física de turbulencia de los fluidos 56
Modelamiento de la turbulencia 58
Modelamiento de la región cercana a la pared 74
Condiciones de frontera de entrada y de salida 91¿Qué es el wall y+? 93
Referencias 99
2. Guía bomba centrífuga star-ccm+ 101
Preparación de la geometría 102
Generación del mallado 112
Procedimiento de la simulación 117
Posprocesamiento 121
3. Análisis de un agitador tipo Rushton 129
Preparación de la geometría 130
Procedimiento de la simulación 147
Posprocesamiento 157
Anexo. Cambio de propiedades del fluido 166
4. Guía turbina Kaplan star-ccm+ 169
Preparación de la geometría 170
Generación del mallado 183
Procedimiento de la simulación 192
Posprocesamiento 196Lista de recursos gráficos
1. Dinámica computacional de fluidos
Figuras
Figura 1. Modelamiento de flujo turbulento, estado estacionario y unifásico en un intercambiador de calor (perfil de velocidad) 4
Figura 2. Pasos para modelar un sistema en cfd 7
Figura 3. Distorsión en un elemento fluido por esfuerzo dU1/dx1 10
Figura 4. Ejemplo de contraflujo a la salida de una bomba 18
Figura 5. Malla con partes rotatoria y estacionaria 19
Figura 6. Volúmenes de control que usan los algoritmos centrados en nodos y en celdas respectivamente 23
Figura 7. Celdas de la solución 28
Figura 8. Ejemplo de difusión de masa en un flujo de gas 31
Figura 9. Celdas vecinas y caras de las celdas 32
Figura 10. Procedimiento de resolución de un problema mediante diferenciación central 36
Figura 11. Ilustración del problema a resolver 41
Figura 12. Esquema de mallado con celdas de tamaño variable 55
Figura 13. Transporte causado por convección turbulenta 65
Figura 14. Flux de energía de mayor a menor escala 66Figura 15. Aplicación de las funciones de pared en simulaciones de cfd 81
Figura 16. (a) Separación de flujo con una zona de recirculación y un punto de reconexión. (b) Flujo incipiente 86
Figura 17. Diferentes aproximaciones para el tratamiento
de la región cercana a la pared 90
Figura 18. Caso 2: no aplican las funciones de pared 99
Fotografía
Fotografía 1. Ludwig Prandtl, ingeniero alemán 75
Gráficas
Gráfica 1. Traslación, rotación y distorsión de un elemento fluido 11
Gráfica 2. Balance de masa sobre un elemento fluido 12
Gráfica 3. Caras que componen el volumen de control de una celda 24
Gráfica 4. Valor que toma cada celda a medida que aumentan las iteraciones 35
Gráfica 5. Perfil de concentración molar a medida que aumentan las iteraciones 36
Gráfica 6. Celdas paralelas a un flujo de especies no difusivas 56
Gráfica 7. Celdas no paralelas a un flujo de especies no difusivas 56
Gráfica 8. Tasa de descomposición de velocidad instantánea 59
Gráfica 9. Representación de escalas turbulentas resueltas 65
Gráfica 10. Capa límite en flujo turbulento 78
Gráfica 11. Subcapas en la región interna 79
Gráfica 12. Esfuerzos de la zona cercana a la pared en la región interna de la capa límite turbulenta 80
Gráfica 13. Ley de la pared 83
Gráfica 14. Ley de la pared y subcapas de flujo 84
Gráfica 15. Propiedades de velocidad y turbulencia
en la sección transversal de una tubería a un valor de Re = 200 000 92
Gráfica 16. Solución para la subcapa viscosa 94
Gráfica 17. Solución con las funciones de pared logarítmicas 95
Gráfica 18. Perfil de contribución viscosa y turbulenta 96
Tablas
Tabla 1. Simulaciones posibles con la cfd 3
