¿Cómo funciona la dinámica de fluidos computacional CFD?
La dinámica de fluidos computacional se basa en tres ecuaciones físicas fundamentales: la conservación de la masa, la conservación del momento y la conservación de la energía.
También se conocen como ecuaciones de Navier-Stokes y, si el modelo se configura correctamente en función de estas ecuaciones y el modelo converge en una solución óptima, confirma que el modelo satisface las leyes de la física y que se puede confiar en los resultados.
En un análisis CFD estándar, normalmente se siguen tres procesos principales. Sin embargo, vale la pena considerar actividades adicionales que pueden ocurrir antes y después de estos procesos principales para proporcionar una comprensión integral.
La fase de modelado matemático
Antes de realizar un análisis CFD, el problema ya debe existir como un problema diferencial parcial. Esta fase inicial es esencial, ya que precede al análisis CFD y sienta las bases para los pasos posteriores.
Etapa de preprocesamiento
Durante la etapa de preprocesamiento, el software CFD transforma la ecuación diferencial parcial en un conjunto de ecuaciones algebraicas. Esta etapa también implica el proceso crucial de generación de mallas, donde el modelo se fragmenta en elementos estructurados o no estructurados, como triángulos o cuadriláteros.
Además, el tamaño de los elementos de malla en el campo de flujo se refina utilizando el método de elementos finitos, lo que garantiza una representación precisa y un análisis efectivo del sistema.
Etapa de resolución con software de simulación CFD
En la fase de resolución, se emplea un software de simulación CFD para resolver las ecuaciones matemáticas formuladas en la fase de preprocesamiento.
El tiempo de cálculo para las simulaciones de flujo CFD puede variar según factores como:
- Hardware de ordenador
- Hardware de vectorización y paralelización
- Estructuras de datos
- Criterios de detención
- Tamaño de malla, calidad de malla, tiempo necesario
- El lenguaje de programación utilizado
Además de los factores anteriores, los ingenieros y diseñadores tienen la flexibilidad de considerar otras variables y parámetros que pueden influir en el análisis CFD.
Etapa de posprocesamiento
La etapa de posprocesamiento implica extraer e interpretar datos de la simulación.
En esta etapa, el analista concluye la necesidad de realizar más pruebas, optimización o rediseño en función de los hallazgos. Los resultados se pueden presentar mediante imágenes, gráficos y tablas, lo que facilita la comunicación efectiva de los resultados del análisis.
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