INTRODUCCION A OPENFOAM

¿QUE ES OPENFOAM?

OpenFOAM es un Software OpenSource desarrollado por Henry Weller en 1980, basándose en una Toolbox con C++ orientado a objetos(Lucchini, 2008) , con la finalidad de solucionar problemas asociados a fluidos a través del método FVM (FINITE VOLUME METHOD), usando un esquema de preprocesamiento / procesamiento  y postprocesamiento(Rusche, 2011) en bibliotecas con una licencia de tipo GNU ( General Public Licence)(Vuorinen, Keskinen, Duwig, & Boersma, 2014).

Entonces, ¿Qué puedo Hacer en OpenFOAM?

En OpenFOAM puedes:

•       Diseñar un sistema a partir de geometrías analíticas(Jasak & Rusche, 2010)
•      Validar un diseño de Ingeniería en muy poco tiempo(Culpo, 2011)
•     Modelar el comportamiento de un sistema para hacerlo más llamativo(Hakan Nilsson, 2006)
•     Reducir costos de construcción y operación para verlo en acción, ¡Puedes Modelarlo y Verificar su comportamiento a través de simulaciones ¡(Håkan Nilsson, 2015)
•     OpenFOAM es la base de muchos programas pagos en el mercado.
•     Debido a que Ha sido Probado en muchos casos, puedes ser DESARROLLADOR Y APORTAR UNA NUEVA SOLUCION A CUALQUIER CAMPO.(Jasak, Jemcov, & Tukovic, 2007

A continuación, se listan los campos que puedes Modelar para los campos asociados

•    CFD Flow Modelling (Incompresible): Modelación de Flujo Libre, Flujo a Presión sobre cualquier estructura Hidráulica ò Geometría sobre la que se desee Modelar el Flujo de un Sistema.

Fuente: Elaborada por el autor en ParaView 5.0 & GNUPLOT 5.0

En las imágenes de la parte superior se observa el perfil de velocidad de un fluido pasando a través de una caja rectangular , a la derecha la validación del perfil de flujo parabólico lo que nos indica que es un sistema hidráulico típico(Jasak, 2009)

•      Modelación Flujo Compresible: En este modo se modelar fluidos compresibles (Gases, Vapores, entre otros) En un volumen de control cualquiera.

Tomado de (Tabor, 2010)

En este modo OpenFOAM asocia las propiedades termo físicas  e hidráulicas de un  fluido 

         para  mostrar la simulación de un motor V2 inyectando una mezcla perfecta de O2 y Gasolina              en mezcla  perfecto(Junhong, 2004).

A continuación, se listan otros modelos que se pueden correr a través de OpenFOAM

•           Flujo Multifasico (Liquido – Liquido), (Liquido – Gas) ò más de 2 componentes en 1 sola simulación 
•              Simulación Partículas: Simulación de la velocidad, fracción volumétrica, entre otras variables de una serie de moléculas en un volumen de control.
•       Combustión: Simulaciones de casos asociados a reacciones químicas de Combustión, Producción de CO2, Entre otras
•           Simulación de Transferencia de Calor Conjunta: Modelación de sistemas conjuntos para conocer la forma en que se distribuye el calor a través de todo el sistema.
•                      Electromagnetismo: Modelación de campos Electro-Magnéticos a lo largo de un volumen de control en diferentes configuraciones.

¿Cómo Soluciona los problemas de una forma tan rápida?

OpenFOAM soluciona los problemas ingresando un volumen de control y aplicando ecuaciones con Matemática Tensorial, haciendo que problemas de validación de diseños, Verificación de sistemas Hidráulicos y Optimización de diferentes tipos de sistemas sea una tarea sencilla para el campo de trabajo de Ingenieros, Investigadores, Diseñadores ò Innovadores.

Para mostrar de una manera gráfica el tipo de procesos que resuelve OpenFOAM mostramos a continuación la ecuación de Navier – Stokes para conocer la velocidad.

Fuente: (Hakan Nilsson, 2006)

Donde se combinan toda la matemática Vectorial  para el desarrollo de diferentes sistemas , para este caso en particular , cabe denotar que la letra [U] es la Velocidad expresada en unidades de sistema Métrico  [ m/s] y la letra griega [miu] es la viscosidad cinemática [ m/s^2]  , el valor [p] es el escalar asociado a la presión en el sistema(Higuera, Lara, & Losada, 2013) . Teniendo en cuenta las variables anteriormente expresadas la técnica de solución más apropiada es transformar esta ecuación a lenguaje orientado a objetos como se muestra a continuación

Fuente: Tomado del Programa OpenFOAM del Autor

En la ilustración anterior se detalla cómo se establece el objetivo para que OpenFOAM aplique MÉTODOS NUMÉRICOS a matrices, las cuales producirán resultados tangibles que se expresan en animaciones tridimensionales de las variables que cada Solver tiene por defecto programadas.

Fuente: Generada por el autor en ParaView 5.0

Como se puede observar en la ilustración anterior, OpenFOAM muestra el perfil de flujo de un fluido cavitando a lo largo de un volumen de control cuadrado en una superficie al lado izquierdo, mientras que al lado izquierdo se puede observar el nivel de detalle para el movimiento de los vectores mostrando el campo de Velocidad para cada tiempo de simulación guardado.

¿Qué Ventajas Tiene Trabajar con OpenFOAM?

OpenFOAM es un Software LIBRE, lo que permite a los usuarios modificar, usar ò ajustar el software a sus necesidades, permitiendo tener mayor versatilidad y mayor rapidez a la hora de obtener resultados en un diseño de Ingeniería. Entre las Ventajas que más se deben resaltar se encuentra

       ·         Es libre lo que Permite tener mayor libertad en los procesos que desee ejecutar cada usuario

       ·         Permite Modificar sus librerías, lo que permite que los usuarios DESARROLLEN SOFTWARE para nuevas soluciones en diferentes campos de la Ingeniería.

        ·         En Muy poco Tiempo puedes obtener Resultados Rápidos y de Validez Estadística

        ·         Soporte del Equipo de CFD SUPPORT 24/7 para proyectos ò cualquier necesidad del usuario

      Debido a que la plataforma en su mayoría funciona por código, en determinados casos no es amigable con el usuario; Para cubrir esta necesidad OpenFOAM, OpenFOAM ha sido documentado todo su código para cualquiera de sus funciones.

Bibliografía

         1)Culpo, M. (2011). Current bottlenecks in the scalability of OpenFOAM on massively parallel clusters. PRACE White Paper to Appear on Http://www Praceri …, 1–13. Retrieved from http://www.prace-ri.eu/IMG/pdf/Current_Bottlenecks_in_the_Scalability_of_OpenFOAM_on_Massively_Parallel_Clusters-2.pdf%5Cnpapers3://publication/uuid/55A0715F-3674-45DE-9A64-D3F9CE41031A

          2)Higuera, P., Lara, J. L., & Losada, I. J. (2013). Simulating coastal engineering processes with OpenFOAM®. Coastal Engineering, 71, 119–134. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2012.06.002

       3)Jasak, H. (2009). Dynamic Mesh Handling in OpenFOAM. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 1–10. https://doi.org/10.2514/6.2009-341

         4 )Jasak, H., Jemcov, A., & Tukovic, Z. (2007). OpenFOAM : A C ++ Library for Complex Physics Simulations. International Workshop on Coupled Methods in Numerical Dynamics, m, 1–20.

         5)Jasak, H., & Rusche, H. (2010). Five Basic Classes in OpenFOAM. Presentation, (June), 1–16.

         6)Junhong, W. (2004). Open Source CFD Solver - OpenFOAM. Lecture, 1–5.

         7)Lucchini, T. (2008). OpenFOAM programming tutorial. Talk, 1–47. https://doi.org/10.1016/0303-8467(95)00031-E

         8)Nilsson, H. (2006). Evaluation of OpenFOAM for CFD of Turbulent Flow in Water Turbines. 23rd IAHR Symposium, 1–9.

            9)Nilsson, H. (2015). High-level programming in OpenFOAM. In OS_CFD (pp. 1–16).

     10)Rusche, H. (2011). OpenFOAM Tutorials : Programming Session Tutorials : Programming Session. Training, 1–19.

         11)Tabor, G. (2010). OpenFOAM: An Exeter Perspective. European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD, (June), 14–17.

       12) Vuorinen, V., Keskinen, J. P., Duwig, C., & Boersma, B. J. (2014). On the implementation of low-dissipative Runge-Kutta projection methods for time dependent flows using OpenFOAM?? Computers and Fluids, 93, 153–163. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2014.01.026