SEMINARIO DE SIMULACIÓN NUMÉRICA EN...

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INEGENIEROS AERONÁUTICOSUNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

SEMINARIO DE SIMULACIÓN NUMÉRICA EN SEMINARIO DE SIMULACIÓN NUMÉRICA EN SISTEMAS DE PROPULSIÓNSISTEMAS DE PROPULSIÓNSISTEMAS DE PROPULSIÓNSISTEMAS DE PROPULSIÓN

Juan Manuel Tizón Pulido


DEFINICIÓN y UTILIDADy

• Computational Fluid Dynamics (CFD) engloba las técnicas que se encargan de predecir el comportamiento de los fluidos (cinemática, transmisión de calor, reacciones químicas, etc.) integrando numéricamente las ecuaciones que gobiernan estos procesos.

• Es una herramienta cada día mas útil (prácticamente imprescindible) en lasEs una herramienta cada día mas útil (prácticamente imprescindible) en las tareas de análisis y diseño de multitud de sistemas en Ingeniería Aeronáutica y, en particular, en los Sistemas de Propulsión.

• Complementaria a la experimentación, profundiza mas allá de las técnicas analíticas, ahorrando tiempo y dinero en los ciclos de diseño de los productos.

Seminario de Simulación Numérica en Sistemas de Propulsión


OBJETIVOS DEL CURSO• Conocer el alcance (estado del arte) del cálculo numérico en las tareas de ( )

análisis y diseño de sistemas de propulsión.

• Aprender las estrategias habituales de planificación y elaboración de modelos numéricos de casos reales.

• Utilizar correctamente un programa comercial de Mecánica de Fluidos Computacional (Fluent) así como los de pre y post procesoComputacional (Fluent), así como, los de pre‐ y post‐ proceso.

• Conocer y aplicar los métodos habituales de evaluación y validación de resultados.resultados.

• Entender y familiarizarse con las estructuras fluidas (capas límites, ondas de choque, torbellinos, …) que aparecen en los componentes de los sistemas de propulsión.



CONTENIDOSParte I: Conceptos básicos (2h)

d óParte IV: Tutoriales (18h)

IV 1 G ió d llI.1 IntroducciónI.2 Ecuaciones de conservación.I.3 Condiciones de contorno

IV.1 Generación de mallasIV.2 Flujos internosIV.3 Flujos internos/externos

ParteII: Algoritmos numéricos (3h)II.1 Técnicas de discretizaciónII.2 Tipos y generación de mallas

ó l l

Parte V: Temas especiales o avanzados (4h)V.1 Introducción al tratamiento de la turbulenciaV.2 Combustión: Problemática básicaV 3 P bl fl j h t éII.3 Discretización temporal y espacial

II.4 Aceleración de convergencia

Parte III: Aspectos prácticos (5h)

V.3 Problemas con flujos heterogéneos

Parte VI: Proyecto FinalParte III: Aspectos prácticos (5h)

III.1 Técnicas de modelizaciónIII.2 Inicialización y desarrollo del cálculoIII.3 Criterios de convergencia

l ó ál d l dIII.4 Visualización y análisis de resultadosIII.5 Validación y calidad de los resultadosIII.6 Mejora de las soluciones. Adaptación



EVALUACIÓN

• ASISTENCIA

• EJERCICIOS• EJERCICIOS– Entrega de los ejercicios de clase y sus extensiones en los ficheros de trabajo propios del solver (no informes).p p ( )

• PROYECTO FINAL



Desarrollo de las clases• Presentación teórica

– Aspectos formales sobre el modelo físico

– Conocimientos básicos sobre técnicas numéricas

• Planteamiento de un ejercicio

• Ejecución dirigidaj g

• Resolución de un problema– Terminación del caso propuestoTerminación del caso propuesto

– Añadir o complicar el modelo

– Generalizaciones …….

• Preparación del Proyecto Final



BibliografíagPublicaciones AGARDPublicaciones AGARD

AR-355 (1998), CFD Validation for Propulsion System ComponentsCP 578 (1995) P d Ch ll i CFD M th d d Al ithCP-578 (1995), Progress and Challengers in CFD Methods and AlgorithmsLS-195 (1994), Turbomachinery Design Using CFDAG-325 (1994), Computational aerodynamics based on the Euler equationsCP-510 (1992), CFD Techniques for Propulsion ApplicationsAG 311 (1988) Computational Fluid Dynamics: Algorithms and SupercomputersAG-311 (1988), Computational Fluid Dynamics: Algorithms and SupercomputersLS-86 (1977), Computational fluid dynamicsLS-73 (1975), Comp. methods for inviscid and viscous two-and-three-dimensional flow fields

LIBROSLIBROSChung, T. J. (2002) Computational Fluid Dynamics, Ed. Cambridge Unv. PressWilcox, D. (1993) Turbulence modeling for CFD, Ed. DCW IndustriesHirsch, C. (1988) Numerical Computation of Internal and external Flows , Ed. John Wiley & SonsOran, E. y Boris J. (1987) Numerical simulation of reactive flow , Ed. ElsevierAnderson, D. A., Tannehill J. C. y Pletcher, R. H. (1984) Computational Fluid Mechanics And Heat Transfer

ARTICULOSARTICULOSJameson A (1995) The Present Status Challengers and Future Developments in CFD in AGARD CP-578Jameson, A., (1995) The Present Status,Challengers, and Future Developments in CFD, in AGARD CP-578Thompson, J. F. (1984) Grid Generation Techniques in Computational Fluid Dynamics, AIAA Journal, v. 22, no. 11

……..y otros muchos………



LES (2000’s)

RANS (1990’s)( )

EULER (1980’s)EULER (1980 s)

POTENCIAL NO-LINEAL (1970’s)

POTENCIAL LINEAL (1960’s)



Cálculo de estabilidad del avión



DESARROLLO DE PROGRAMAS

TRIMPACK EUSOL2DTRIMPACK– Mallas no‐estructuradas

– AFM, Steiner, Delaunay

EUSOL2D– Volúmenes finitos– Upwinding / Limitersy

– Adaptaciónp g

– Transporte de especies



DESARROLLO DE PROGRAMAS:TRIMPACK & EUSOL2D



CFD C i lCFD Comercial (www.cfd‐online.com)

FLUENT (www.fluent.com)

CFX (ANSYS)CFX (ANSYS)(www-waterloo.ansys.com/cfx/products/cfx-5)

NUMECANUMECA (www.numeca.de y www.numiberica.com)

START-CD (www.cd-adapco.com)( p )

KIVA y FIRE

FLOW3D (www.solintec.com)

PHOENIX/CHAM (www cham co uk)


PHOENIX/CHAM (www.cham.co.uk)


Procedimiento BásicoProcedimiento Básico• Definición del problema.(pre‐

proceso)– Definición de objetivos.– Identificación de la geometría relevante.

Creación de la malla– Creación de la malla.

• Ejecución del “solver”.– Definición de los modelos.– Inicialización de la solución.– Ejecución y monitorización.

A áli i d l• Análisis de los resultados.(post‐proceso)

– Examen crítico de los resultados.– Validación de resultadosValidación de resultados.– Revisión de todo el proceso.– Elaboración de un informe.



TecPlot: CaracterísticasTecPlot: Características(www.tecplot.com/products/cfd/cfd_features.htm#04)

• Función de calculo

ál d• Análisis de errores

• Líneas de corriente y trazadores

D t ió d t t fl id• Detección de estructuras fluidas

• Cálculo de integrales

• Automatización (macros)• Automatización (macros)



ICEM CFD: CaracterísticasICEM CFD: Características(www‐berkeley.ansys.com/overview/index.html)

• Multi‐block structured grids

• Unstructured tetrahedral and triangular surface gridstriangular surface grids

• Unstructured quad grids

• Body‐fitted Cartesian grids

R fi d H id• Refined H‐grids

• Etc…..



GAMBIT C t í tiGAMBIT: Características

Sistema integrado:

•Capacidades CAD

•Generación automática de la mallade la malla

•Análisis de calidad de la mallala malla



FLUENT: Características

GENERALES•Método de los Volúmenes Finitos

•Solvers: Basado en presión/densidad (antiguos Segregated / Coupled)

•Mallados estructurados / no-estructurados (adapt.)( p )

•Geometrías 2D, 3D, axilsimétrico (+ swirl)

•Simulación estacionaria / transitoria•Simulación estacionaria / transitoria

•Incompresible / Compresible (sub-supersónico)

Movimiento no viscoso / laminar / turbulento / LES•Movimiento no-viscoso / laminar / turbulento / LES

•Transporte de especies y combustión



FLUENT: Características

ESPECIFICOS (selección)

•Turbulencia: k-e, RNG, k-w, RSM, DES, LES, V2F

•DPM: Spray, gotas / partículasDPM: Spray, gotas / partículas

•Flujo Multifásico: Euler/ Mixture / VOF

•Malla dinámica

Diversos módulos: TurboG MPD•Diversos módulos: TurboG, MPD,



Ej l A di á i tEjemplos: Aerodinámica externa



Ejemplos PropulsiónEjemplos: Propulsión



FLUENT Ejemplosj p


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