OpenFoam, se presenta como un conjunto de aplicaciones o funciones programadas en C++. Estas herramientas están diseñadas para abordar una variedad de problemas mediante la aplicación de los métodos de volúmenes y elementos finitos. La ejecución de estas funciones o programas se realiza desde la Terminal de Linux. Estos programas, a su vez, emplean información contenida en archivos planos para llevar a cabo sus tareas, generando como resultado nuevos archivos que contienen la información resultante.
El preprocesamiento y postprocesamiento para la visualización de líneas de flujo en OpenFOAM usando Salome implica varias etapas. Salome se puede utilizar para la creación de la geometría y la malla.
Mallado
Salome, como software de código libre, permite un modelado geométrico preciso. La flexibilidad para nombrar caras y superficies proporciona un control detallado sobre la geometría, facilitando el diseño de caminos de flujo que reflejan con precisión las condiciones del mundo real. En este caso estaremos trabajando sobre una geometría de un submarino sumergido para la visualización de flujo
Cabe destacar que utilizaremos Salome para generar el mallado, proporcionando una visualización más clara y detallada del proceso.
Luego de tener el mallado en una extensión. UNV debemos hacerlo compatible con OpenFoam porque esta extensión sólo es compatible con Salome entonces debemos usar un comando en la terminal de blueCFD para exportarlo a un formato compatible con OpenFoam.
Configuración
Una vez completada la generación de la malla, el usuario puede examinar la configuración inicial de campos para este caso. La configuración del caso está preparada para comenzar en el tiempo t = 0, por lo que los datos del campo inicial se almacenan en un subdirectorio llamado 0 dentro del directorio de trabajo. El subdirectorio 0 contiene 2 archivos, p y U, uno para cada uno de los campos de presión (p) y velocidad (U), cuyos valores iniciales y condiciones de contorno deben establecerse.
Los límites establecidos son ajustados, considerando el flujo como laminar en lugar de turbulento. La velocidad aproximada del submarino se establece de acuerdo a las necesidades del análisis. Para la representación en el modelo, se considera el submarino dentro de una caja, permitiendo la observación directa de las fuerzas actuantes sobre él.
El submarino está alineado con el eje z, de manera que la punta del submarino experimentará la mayor carga. Se asume que la caída de presión no alcanzará valores de presión de vapor, evitando cambios de estado durante la simulación. Esta decisión condujo a la elección del solucionador simpleFoam.
El tiempo necesario para la convergencia del solucionador puede variar. En caso de alcanzar la convergencia, el solucionador detendrá automáticamente la iteración, proporcionando un indicador. Esta configuración puede ajustarse modificando la tolerancia en el archivo “fvSolutions”, que también contiene otras consideraciones como el valor del “Relaxation Factor”. Se destaca que un valor alto de este factor podría afectar la simulación en algunos casos, por lo que se sugiere una configuración cuidadosa según las necesidades del usuario.
En caso de las propiedades físicas para el caso se almacenan en diccionarios cuyos nombres tienen el sufijo “…Properties”, ubicados en la estructura de directorios constant. El usuario puede verificar que la viscosidad cinemática esté configurada correctamente abriendo el diccionario transportProperties para ver/editar sus entradas. La palabra clave para la viscosidad cinemática es “nu”, que es la etiqueta fonética del símbolo griego ν utilizado para representarla en ecuaciones. También establecemos el numero de Reynolds a disposición.
Configuración de la discretización y del solucionador lineal
El usuario especifica la elección de los esquemas de discretización de volumen finito en el diccionario fvSchemes en el directorio system. La configuración de los solucionadores de ecuaciones lineales, las tolerancias y otros controles de algoritmo se realiza en el diccionario fvSolution, de manera similar en el directorio system. El usuario puede consultar estos diccionarios, pero no es necesario discutir todas sus entradas en esta etapa, excepto por pRefCell y pRefValue en el subdiccionario PISO del diccionario fvSolution.
En un sistema incompresible cerrado, la presión es relativa: lo que importa es el rango de presión, no los valores absolutos.
Acerca del Solucionador
El solucionador simpleFoam se utiliza para flujos incompresibles y turbulentos, y se basa en el algoritmo SIMPLE, un método para resolver la ecuación de Navier-Stokes centrado en la presión. En la dinámica computacional de fluidos, el algoritmo SIMPLE es ampliamente adoptado. SIMPLE es un acrónimo de “Semi-Implicit-Method for Pressure Linked Equations” (Método Semi-Implícito para Ecuaciones Relacionadas con Presión). Su desarrollo se remonta a la década de 1970 y ha sido extensamente empleado en investigaciones para abordar diversos problemas relacionados con fluidos y transferencia de calor.
El modelo de turbulencia utilizado es el k-Épsilon, siendo este el más popular. Este modelo requiere dos valores para describir completamente el fenómeno de la turbulencia: uno es el índice de consistencia de flujo representado por “k”, y el otro es la constante de disipación de turbulencia denominada “épsilon”.
Visualizando Post procesamiento en ParaView
Podemos visualizar el modelo una vez terminadas las iteraciones en ParaView utilizando el comando . Después de procesar con ParaView, se pueden ver los vectores de velocidad y la presión ejercida sobre el submarino. Se puede ver que la parte delantera del submarino recibe toda la presión y que las líneas se distribuyen por el resto del cuerpo del submarino. También se puede ver que, como resultado, se tienen valores de línea de flujo estructurados por todo el modelo.
Aplicabilidad del Modelo Simple
El solucionador simpleFoam, basado en el algoritmo SIMPLE, se destaca como una herramienta poderosa para abordar flujos incompresibles y turbulentos. Este algoritmo, arraigado en la ecuación de Navier-Stokes y con décadas de uso en la dinámica computacional de fluidos, ha demostrado su eficacia y versatilidad.
Es importante resaltar que la aplicabilidad y precisión de los resultados obtenidos mediante este modelo deben ser considerados con cuidado. La calibración frecuente de estos modelos es esencial, ya que implica un análisis detallado de las fuerzas respectivas. En este proceso, la contribución constante de los usuarios desempeña un papel fundamental, ya que sus experiencias y aportes ayudan a perfeccionar y validar el modelo.
Cabe destacar que el simpleFoam es una herramienta gratuita, lo que la hace accesible a una amplia comunidad de usuarios. La capacidad de realizar análisis detallados y la transparencia en la calibración nos posicionan como una empresa confiable. Estamos comprometidos no solo con la precisión de los resultados, sino también con la mejora continua de la herramienta mediante la investigación y el aprendizaje.