Modelado numérico de interacción fluido estructura con metodología de mallas solapadas

• Autores: Adotti, Marcelo Italo
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de maestría
• Colaborador/a o director/a de tesis: Castro, Hugo Guillermo; De Bortoli, Mario Eduardo
• Materia: Fluido-Estructura; Mallas solapadas; Modelado numérico
• Institución: Universidad Nacional del Nordeste

Fil: Adotti, Marcelo Italo. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ingeniería; Argentina.
Fil: Castro, Hugo Guillermo. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ingeniería; Argentina.
Fil: De Bortoli, Mario Eduardo. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ingeniería; Argentina.
El fenómeno de interacción fluido-estructura (FSI, por Fluid Structur e Interaction)se encuentra presente en vastos campos de la naturaleza y desarrollos tecnológicos creados por el ser humano. El modelado numérico de las ecuaciones que describen al fenómeno multifísico resulta ser una herramienta cada vez más útil debido al incremento de potencia de cálculo de los ordenadores. Constituyéndose así una técnica de análisis complementaria a los ensayos experimentales. Existen varios métodos numéricos para modelar el fenómeno, algunos de ellos son: mallas deformables dinámicas descriptas en un marco referencial Arbitrario Lagrangiano Euleriano (ALE, por Arbitrary Lagrangian-Eulerian),Método de Frontera Inmersa(IBM, por Immersed Boundar y Method), Método de Volumen Fluido (VoF) y el método de ajuste de nivel (LSM, por Level Set Method).Cada uno de estos posee virtudes y debilidades según las características particulares del fenómeno FSI que se desee simular. Otro método es el demallas solapadas (OM, por Overset Mesh) el cual posee ventajas respecto a los antes citados, para simular grandes desplazamientos e inclusive trayectorias completas, sin requerir la deformación de sus mallas, evitando así en casos extremos costosos procesos de remallado. El objetivo de esta tesis es estudiar la aplicación OM disponible en el entorno de manejo y manipulación de campos denominado Open FOAM, evaluando distintos casos ingenieriles de flujo externo. Se analizan dominios bidimensionales y tridimensionales, con flujos que escurren a distintos números de Reynolds. Además, se estudia el algoritmo con el cual es implementado el solver para OM y se le introducen modificaciones para medirlos tiempos insumidos por las principales tareas, evaluando también métricas de paralelismo. Finalmente es evaluado el comportamiento de las funciones de interpolación que utiliza OM y la conservación global del flujo.
The phenomenon of Fluid-Structure Interaction (FSI) is present in vast fields of nature and technological developments created by human beings. Numerical modeling of the equations that describe the multi-physical phenomenon turns out to be an increasingly useful tool due to the development in computing power of computers. Thus constituting a complementary analysis technique to the experimental tests. There are several numerical methods to model the phenomenon, some of them are: dynamic deformable meshes described in an Arbitrary Lagrangian Eulerian frame of reference (ALE), Immersed Boundary Method (IBM), Fluid Volume (VoF) and Level Set Method (LSM). Each one of these has strengths and weaknesses depending on FSI phenomenon particular characteristics to be simulated. Another method is that of overlapping meshes (OM) which has advantages over the aforementioned, to simulate large displacements and even complete trajectories, without requiring the deformation of their meshes, thus avoiding costly re-meshing processes in extreme cases. The aim of this thesis is to study the OM application implemented in the OpenFOAM suite, evaluating different engineering cases of external flow. Two-dimensional and threedimensional domains are analysed, with flows at different Reynolds numbers. In addition, OM’s solver algorithm is studied, also modifications are introduced to measure the time consumed by the main tasks, evaluating parallelism metrics. Finally, the behaviour of the interpolation functions used by OM and the global conservation of the flow are evaluated. The results obtained allow us to conclude that OM is a very versatile method for FSI modelling, and its implementation should always be considered with an optimal mesh quality.