ANTES DE EMPEZAR.... ¿ DE QUE SE TRATA SIMFLOW?
Previamente a iniciar con los pasos para ejecutar una simulación en el software se debe definir algunas características del software , presentadas a continuación en base a la siguiente ilustración:
Ilustración 1. Vista Inicial Programa SIMFLOW
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| Fuente: Pantallazo capturado por el autor
En la ilustración 1. Se presenta la impresión inicial del programa con los componentes de entrada para el procesamiento de una malla inicialmente. Como se observa la plataforma es amigable con el usuario Vs. la plataforma tradicional de OpenFOAM que se muestra a continuación.
Ilustración 2. Plataforma Convencional OpenFOAM
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| Fuente: Tomada de la publicación anterior del Blog por el Autor
Posteriormente se realiza un análisis de las mejoras que presenta el Software SimFlow en base a (SIMFLOW, 2017) Presentadas a continuación :
En base a las mejoras que se le atribuyen se procede a mostrar los beneficios de trabajar en Simflow para un caso construido por el autor que se muestra a continuación
PASOS PRELIMINARES PARA TRABAJAR EN SIMFLOW
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PASO 1. Creación de la Geometría en Salome
Ilustración 3. Volumen de control creado
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| Fuente: Elaborado por el autor en Salome 7.4 |
En la ilustración 3. Se muestra el volumen de control creado para la simulación. Se procede a crear el volumen de control. Se listan los grupos del volumen de control para la geometría presentada
Directamente se procede a realizar la validación de la malla creada en el software SimFlow en las como se muestra en la siguiente ilustración
En la imagen se aplica el comando obteniendo como resultado el siguiente reporte de la linea de comandos
En la imagen anterior se procede a mostrar el análisis de la malla previo al proceso de procesamiento.Se debe tener en cuenta que para la producción de los pasos previos a la fase inicial en la fase de importación SimFlow se encarga de asignar los grupos de control a las condiciones de los grupos para el volumen de control diseñado
PASO 4. Definición de solver
En esta fase de da clic a la opción de SETUP para determinar el tipo de caso y configuración simplemente se le debe dar clic a la variación temporal del caso que se desea simular. como se muestra en la siguiente imagen.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
Posteriormente se procede a elegir de forma continua las condiciones de simulacion para el fluido ( Para este caso son en estado trasciente y Incompresible)
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
Posteriormente a escoger el solver se habilitan las opciones del menú con la finalidad de delimitar cada uno de forma detallada las condiciones de entrada y control de simulación del caso.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
PASO 5. Definición de modelo de turbulencia
Procedemos a hacer clic en la opción Turbulence y seleccionar a partir de la lista desplegable el modelo de turbulencia que mas se ajuste a nuestra simulacion. En algunas casos especiales se habilita la opción para Laminar y LES ( En donde el solver requiera estas configuraciones). Por tal razón todo depende del solver que se elija para ejecutar el caso.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
PASO 6. Definición de Condiciones de transporte del fluido
Procedemos a hacer clic en la opción ''Transport Propieties''. Para seleccionar el tipo de fluido que deseamos simular sobre el volumen de control . Elegiendo si es un fluido ( Newtoniano - No Newtoniano) . Se debe resaltar que SimFlow también permite elegir un fluido que circulara dentro de la malla, este ya cuenta con una biblioteca con las propiedades que se muestran en la siguiente imagen.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
PASO 7. Definición de condiciones de entrada
En este paso se deben ingresar las condiciones iniciales de cada campo asociado a la simulacion , para este caso se debe tener en cuenta que el valor de la velocidad tiene 3 espacios . Los que comparten las posiciones del vector de la velocidad representado en esta forma ( x , y, z ). Se debe definir teniendo en cuenta la orientación del vector en la ventana gráfica del mismo programa.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
PASO 8. Definición de rangos de tolerancia Solvers
Posteriormente se procede a ingresar a la opcion ''Solution'' definiendo los criterios de convergencia del solver . Se puede modificar el máximo de iteraciones para hacer el proceso mas rápido ò se puede modificar la tolerancia haciendo que la aproximación sea mas aproximada a la real.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor |
PASO 9. Definición de coeficiente de Co y DeltaT
Para definir el Courant y DeltaT de forma correcta se procede a realizar el siguiente calculo sobre el tipo de elemento ( Triangular) que posee el volumen de control
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| Fuente: Elaborado por el autor en base a (Jasak & Rusche, 2010) |
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| Fuente: Elaborado por el autor en base a (Jasak & Rusche, 2010) |
Las estimaciones anteriores permitieron conocer que el Dt asociado a la simulacion es respectivamente 3.4968e-5 Segundos ; En consecuencia cada 3.4968e-5 se debe imprimir un proceso iterativo.
PASO 10. Definición del Write Interval
En SimFlow , no es necesario calcular un valor para el Paso temporal de escritura . En este software simplemente se debe mencionar cada cuando te debe generar una nueva carpeta. Para este caso por cada segundo de simulacion se guarda una nueva carpeta. ( Este valor es modificable) . Se recomienda tener activada la opcion ''Compress Output'' para generar una carpeta comprimida para cada archivo y permitir obtener una carpeta mas liviana a subir a cualquier servidor.
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| Fuente: Imagen Tomada del caso elaborado por el autor
Se debe activar esta opcion solo si se procede a hacer el calculo de la fase anterior. Con los siguientes indicadores( Co y DeltaT)
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Esta se considera la fase final del proceso pues teniendo las condiciones establecidas de forma correcta , se debe proceder a ingresar a la pestaña RUN
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| Fuente: Pantallazo proceso de observación de resultados SimFlow |
En la ilustración anterior se puede observar el proceso de impresión de resultados. Antes de ejecutar el caso se debe dar clic al botón rodeado por el recuadro rojo para que almacene la configuración establecida para el caso en las pestañas anteriores, Luego de esto se le da clic al botón RUN teniendo en cuenta que el tiempo final sea acorde a lo que se estableció desde un principio ( Para este caso por la alta demanda computacional se procede a ejecutar con un tiempo final de 3 segundos)
PASO 12. Exportación Graficas de Convergencia
Posteriormente cuando la simulacion haya culminado mostrara el siguiente mensaje
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| Fuente: Pantallazo tomado del caso creado por el autor |
En este paso la malla fue procesada por SimFlow a través del software utilizado para la evaluación. Posteriormente debemos ir a la pestaña de POSTPROCESSING. En donde podemos observar lo siguiente
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| Fuente: Pantallazo tomado del caso creado por el autor |
En la imagen anterior podemos observar las opciones disponibles para el postprocesamiento de la información disponible. Para este caso procedemos a hacer clic en el icono de bandas (Rojo, Verde y Azul) - Para la Visualización en el Software ParaView 5.0. En caso tal que deseemos exportar la información a otro software podemos hacerlo con la lista desplegable y la opcion export.
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| Fuente: Visualización de datos en ParaView 5.0 |
En la imagen anterior se observa el comportamiento del campo de velocidades de entrada para el fluido que ingresa a la habitación siendo aire a 456 K, Se observa el efecto que produce la entrada del fluido sobre las paredes liberando el calor de tal forma que la habitación alcanza una temperatura promedio en el rango de [428.67 K - 456.02 K] . No obstante la habitación al inicio de la simulacion se encontraba en 300 K. Posteriormente en el equilibrio termodinámico la habitación de la temperatura oscila entre este rango.
PASO 13. Validacion de Resultados Perfiles de Flujo 3D en ParaView
Posteriormente se procede a validar el comportamiento de la temperatura y la velocidad en las ventanas de la habitación [Salidas]. Permitiendo observar el comportamiento del fluido en las paredes como se muestra a continuación para la ventana 1
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| Fuente: Visualización de datos en ParaView 5.0 |
En la Ventana 1 , el aire se encuentra a una temperatura promedio de 339 K, respecto a la salida del fluido luego de chocar con las paredes de la habitación y volver a salir como se muestra en las lineas de flujo a través de la validación.
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| Fuente: Visualización de datos en ParaView 5.0 |
En la validación de datos para la ventana 2 se puede observar que la temperatura de salida del fluido es de 339 K , lo que indica que el fluido circula dentro de la habitación de forma homogénea permitiendo que al exterior exista una transferencia de calor constante con el sistema de la habitación interna.
Con la finalidad validar entonces la dinámica de movimiento del fluido alrededor de las ventanas procedemos a mostrar las isolineas de este sector
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| Fuente: Visualización de datos en ParaView 5.0
En la ilustración anterior se muestra la circulación del fluido alrededor de la ventana, indicando que este ingresa a gran velocidad a la habitación . Posteriormente circula y reduce su velocidad mientras libera parte de la energía que contiene hasta que sale de la habitación con una temperatura menor a la que ingresa a la habitación.
Finalmente se deben validar los residuales de la simulacion para verificar si el solver entro en estado estacionario ejecutando esta simulacion y existe convergencia en los resultados del solver
En la imagen anterior se imprimen la gráfica de residuales de las variables (Velocidad, K(Coeficiente de Turbulencia y Temperatura). La curva generada muestra picos muy pronunciados lo que nos indica que debemos optar por refinar mas la malla para asegurar resultados de mejor calidad , según (Jasak & Rusche, 2010) los elementos de tipo triangular son difíciles de controlar pues algunos no pueden cumplir exactamente las condiciones de un rectángulo afectando de forma negativa el rendimiento y los resultados de la simulacion.
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ANEXOS
Si deseas descargar la carpeta del caso , abre el siguiente formulario
- https://goo.gl/forms/z7B3yhSKjF1Usen53
Para mayor información contacta a : ingeniero.ambiental.luis.rojas@gmail.com
BIBLIOGRAFIA
- Jasak, H., & Rusche, H. (2010). Five Basic Classes in OpenFOAM. Presentation, (June), 1–16.
- SIMFLOW. (2017). SimFLOW 3.0. Obtenido de SimFLOW 3.0: https://sim-flow.com/docs/3.0/
