Opciones de cálculo CFD

Para ejecutar los cálculos, haz clic en la herramienta Actualizar datos calculados . Si se detecta un problema al generar la malla, se muestra el cuadro Estadísticas de malla CFD con el error. Hay tres posibles condiciones de error:

1. La relación de aspecto máxima de celda supera el límite - tendrás que eliminar el proyecto existente y crear otro, reduciendo la dimensión de espaciado predeterminada o aumentando adecuadamente la tolerancia de unión de líneas de malla (véase la sección Gestor de análisis CFD ).
2. La memoria necesaria supera la disponible - tendrás que eliminar el proyecto existente y crear otro con mayor espaciado predeterminado o simplificar la definición del problema, por ejemplo la complejidad de los conjuntos.
3. Desequilibrio de caudales – el caudal total especificado para difusores de impulsión no equilibra el de las rejillas de extracción. Añade difusores o rejillas o edita los caudales existentes para obtener el equilibrio correcto.

Si la malla se crea sin problemas, se mostrará el cuadro «Editar opciones de cálculo»:

El cuadro Editar opciones de cálculo se divide en dos secciones principales: gráficos de residuos y seguimiento de celdas, y panel de datos de opciones de cálculo. 

Botones

También hay varios botones al pie del cuadro para controlar los cálculos:

Iniciar

Inicia los cálculos o los reanuda si están pausados.

Pausar

Interrumpe o pausa los cálculos. Una vez pausados, el cuadro puede cerrarse temporalmente para revisar los resultados.

Restablecer

Tras pausar, los cálculos pueden reinicializarse desde cero. Si la solución diverge y pausas para reducir los pasos de tiempo falsos de velocidad, debes restablecer los cálculos antes de reiniciarlos.

El panel de ajustes de cálculo incluye los siguientes:

Modelo de turbulencia

Están disponibles los siguientes modelos de turbulencia:

• 1–Viscosidad efectiva constante: El modelo de viscosidad efectiva constante es un método muy sencillo que sustituye la viscosidad molecular de las ecuaciones de Navier-Stokes por una viscosidad efectiva constante, normalmente del orden de 100-1000. Aunque no puede modelar la turbulencia local ni su transporte, requiere muchos menos cálculos que el modelo k-e y puede ser numéricamente mucho más estable.

• 2–k-e: Este es uno de los modelos de turbulencia más utilizados y probados; pertenece a la familia RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes). En estos modelos la velocidad instantánea de las ecuaciones de Navier-Stokes y energía se sustituye por componentes media y fluctuante. Las ecuaciones resultantes producen términos adicionales llamados tensiones de Reynolds y componentes de flujo térmico turbulento. Las tensiones de Reynolds se sustituyen por términos con velocidades instantáneas en los que la viscosidad molecular se sustituye por viscosidad efectiva; se realiza una sustitución similar para la ecuación de energía. La viscosidad efectiva es la suma de la molecular y una turbulenta, derivada de la energía cinética turbulenta y su tasa de disipación:

donde k= energía cinética turbulenta y  e = tasa de disipación de energía cinética turbulenta

k y  e se obtienen de ecuaciones diferenciales parciales derivadas a su vez de una manipulación de las ecuaciones de Navier-Stokes.

Esquema de discretización

Están disponibles los siguientes esquemas de discretización:

• 1-Aguas arriba - El cálculo sustituye el conjunto de ecuaciones diferenciales parciales por ecuaciones de diferencias finitas. El método convencional utiliza una serie de Taylor que produce diferencias centrales. Aunque resulta físicamente realista para la difusión, no lo es para la convección por su carácter unidireccional: las condiciones aguas arriba afectan a las de aguas abajo, pero no al contrario. El esquema aguas arriba calcula el término convectivo suponiendo que el valor de la variable dependiente en la interfaz de una celda es igual al valor de la celda situada aguas arriba.

• 2–Híbrido – requiere más cálculo que el esquema aguas arriba, pero reduce la difusión numérica con valores altos del número Pe.

• 3–Ley potencial - El esquema de ley potencial puede ser más preciso que el híbrido, pero requiere más cálculo.

Iteraciones

Número máximo de iteraciones del bucle de cálculo exterior (véase «Cálculos CFD y convergencia»). El cálculo termina al alcanzar este número, haya convergido o no la solución.

Isotérmico

Si se marca Isotérmico, se supone temperatura constante en todo el dominio y se elimina la ecuación de energía del cálculo.

Transferencia de calor superficial

Opción de transferencia de calor superficial

Cuando no se selecciona la opción Isotérmico , pueden elegirse las opciones de transferencia de calor de superficies interiores entre las 2 siguientes:

• 1–Calculado- Los coeficientes de transferencia de calor superficial se calculan mediante una función de pared si se ha seleccionado el modelo de turbulencia k-e .

• 2–Definido por el usuario- Los coeficientes de transferencia de calor superficial pueden especificarse por separado para techos, muros y suelos (abajo). La transferencia se calcula combinando el coeficiente especificado, el área superficial de la celda y la diferencia T entre la superficie y la celda adyacente.

Coeficientes de transferencia de calor superficial

Cuando se selecciona la opción 2-Definido por el usuario de transferencia de calor superficial, introduce los coeficientes convectivos de transferencia de calor de superficies interiores. Pueden introducirse por separado para techos, suelos y muros.

Techo

El coeficiente convectivo interior de techo se utiliza en los cálculos de flujo térmico entre todas las superficies orientadas hacia abajo, incluidos techos de zona, cubiertas y superficies inferiores de bloques componentes con la condición de contorno 2-Temperatura . El coeficiente de techo definido por el usuario es por defecto 5 W/m2-K.

Muro

El coeficiente convectivo interior de muro se utiliza en los cálculos de flujo térmico entre todas las superficies de muros y particiones, incluidos muros y particiones de zona y superficies no horizontales de bloques componentes con la condición de contorno 2-Temperatura . El coeficiente de muro definido por el usuario es por defecto 2.5 W/m2-K.

Suelo

El coeficiente convectivo interior de suelo se utiliza en los cálculos de flujo térmico entre todas las superficies orientadas hacia arriba, incluidos suelos de zona y superficies superiores de bloques componentes con la condición de contorno 2-Temperatura . El coeficiente de suelo definido por el usuario es por defecto 0.7 W/m2-K.

Condiciones iniciales

En algunos casos puede obtenerse una solución más rápida si se establecen condiciones iniciales próximas a las finales previstas. Introduce las velocidades iniciales en las direcciones x, y y z y la temperatura inicial de todo el dominio.

Seguimiento de celda

Selecciona un punto de seguimiento definido y la variable dependiente asociada que se mostrará en el monitor de celda (véase la sección Configuración de puntos de seguimiento de celdas CFD ).

Visualización de residuos

Los residuos indican el grado de convergencia de los cálculos hacia la solución final. Miden el «error» total que aún queda en la solución. Puedes seleccionar las variables dependientes o la masa cuyos residuos se mostrarán en el monitor de residuos. El residuo de masa es similar al de las variables dependientes, pero se obtiene de un balance de masa de la ecuación de continuidad de cada celda y es el indicador más significativo de una solución convergente.

Los residuos no tienen unidades y se normalizan mediante escalado para obtener magnitudes similares de terminación para cada variable.

Consulta también la sección Residuo de terminación siguiente.

También es importante utilizar puntos de seguimiento junto con residuos de terminación, porque pueden indicar mejor la convergencia, cuando los valores de las variables dependientes se estabilizan en esos puntos.

Ajustes de control de variables dependientes

Algunos modelos CFD pueden no converger con las opciones predeterminadas y necesitar ajustes bajo el encabezado Ajustes de control de variables dependientes .

Los cálculos utilizan un esquema iterativo anidado en el que las ecuaciones de variables dependientes se resuelven iterativamente dentro de un bucle exterior (véase la sección Cálculos CFD y convergencia ). Estos ajustes controlan los cálculos iterativos interiores de las variables dependientes.

Iteración interior

Número de iteraciones utilizado para calcular la variable dependiente.

Paso de tiempo falso

El conjunto de ecuaciones de diferencias finitas se formula como transitorio, aunque los cálculos son esencialmente una «instantánea» temporal. El término transitorio actúa como método de relajación eficaz que puede ralentizar el cambio de las variables dependientes para lograr una solución más estable. El paso de tiempo falso es el utilizado en el término pseudotransitorio de la ecuación. Para flujos de convección forzada se calcula automáticamente una estimación óptima para velocidades; para flujos por flotabilidad se utiliza el valor predeterminado 0.2. Reducirlo ralentiza el cambio de la variable y puede ayudar ante soluciones inestables.

Factor de relajación

Se utiliza en el método clásico de relajación para asignar a la variable solo una proporción del valor calculado en la iteración actual. Sin embargo, el paso de tiempo falso suele ser el método preferido para lograr subrelajación.

Residuo de terminación

El bucle iterativo exterior se repite hasta que los valores actuales de las variables dependientes satisfacen las ecuaciones de diferencias finitas de todas las celdas; entonces se dice que ha «convergido». El residuo de una variable es el máximo del balance de su ecuación entre todas las celdas. Se considera que la solución ha convergido para cada variable cuando su residuo es inferior al de terminación.

La sección Cálculos CFD y convergencia ofrece una visión general del método de cálculo que ayuda a comprender los conceptos de inicialización, control y seguimiento.