Introduciendo la dinámica de fluidos computacional en el análisis de flujos en medio poroso
Enviado: 05-10-2016
|Aceptado: 22-01-2017
|Publicado: 31-01-2017
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Palabras clave:
corriente de aire, vegetación, CFD, RANS, k-epsilon
Agencias de apoyo:
(1) Universitat Politècnica de Catalunya
(2) Universitat Politècnica de València
(3) Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias
Resumen:
Este trabajo presenta una introducción a la modelización con Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de un fluido atravesando un medio poroso. Para ello, se propone un caso práctico mediante la simulación de un flujo de aire producido por el ventilador de un pulverizador hidráulico asistido por aire que atraviesa un medio poroso (la vegetación). El trabajo consiste en dotar de las herramientas necesarias para configurar un modelo CFD para, posteriormente, ajustar la resistencia de la porosidad al paso de la corriente usando datos experimentales. El ajuste contempla tres escenarios: uno, considerando sólo pérdidas inerciales iguales entre los diferentes cuerpos porosos, dos, considerando dichas pérdidas inerciales más las pérdidas viscosas y, tres, considerando sólo pérdidas inerciales diferentes entre los diferentes cuerpos porosos. Finalmente, se comparan las velocidades obtenidas en cada simulación con datos reales, eligiéndose aquella configuración que arroja mayores ajustes. La metodología planteada pretende poner de manifiesto la importancia de usar con criterio los distintos parámetros propios de la configuración de modelos CFD.
Citas:
Biswas, R. & Strawn, R. C. (1998), Tetrahedral and hexahedral mesh adaptation for CFD problems. Applied Numerical Mathematics, 26, 135-151. https://doi.org/10.1016/S0168-9274(97)00092-5
Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H. & Raad, P. E. (2008), Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications. Journal of Fluids Engineering, 130 (7), 1-4.
Davidson, P.A. (2015). Turbulence: an introduction for scientists and engineers. (2nd edition) Oxford, United Kingdom: Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198722588.001.0001
Da Silva, A., Sinfort, C., Tinet, C., Pierrat, D., Huberson, S. (2006). A Lagrangian model for spray behaviour within vine canopies. Journal of aerosol science, 37(5), 658-674. https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2005.05.016
Endalew, A. M., Debaer, C., Rutten, N., Vercammen, J., Delele, M. A., Ramon, H., Nicolai, B. M., Verboven, P. (2010). A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying. Part I. Model development and effect of wind speed and direction on sprayer airflow. Computers and electronics in agriculture, 71(2), 128-136. https://doi.org/10.1016/j.compag.2009.11.005
Li, C., Huang, Q., Yan, S., Huang, T. (2016). Parametric CFD studies on erosion in 3D double elbow. International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation, 8(4), 264-272. https://doi.org/10.1504/IJESMS.2016.079412
Granell, R. (2014). Análisis del flujo ambiental y propuesta metodológica para simulaciones CFD aplicadas a la ventilación natural de invernaderos. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia (Espa-a).
Hirsch, C. (2007), Numerical computation of internal and external flows: the fundamentals of computational fluid dynamics. Butterworth-Heinemann, 1.
Jarman, D. S., Faram, M. G., Butler, D., Tabor, G., Stovin, V. R., Burt, D., Throp, E. (2008). Computational fluid dynamics as a tool for urban drainage system analysis: A review of applications and best practice. 11th International Conference on Urban Drainage, 31 August - 5 September 2008, Edinburgh, Scotland.
Keyes, D., Ecer, A., Satofuka, N., Fox, P. & Periaux, J. (2000), Parallel Computational Fluid Dynamics' 99: Towards Teraflops, Optimization and Novel Formulations (1st ed.) Amsterdam, Netherlandas: Elsevier.
Kim, S.-E. & Boysan, F. (1999), Application of CFD to environmental flows. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 81, 145-158. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(99)00013-6
Launder, B.E., Spalding, D.B. (1972). Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London, United Kingdom: Academic Press.
Launder, B.E., Spalding, D.B. (1974). The numerical computation of turbulent flows. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3 (2): 269–289. https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2
Lee, I. B., Bitog, J. P. P., Hong, S. W., Seo, I. H., Kwon, K. S., Bartzanas, T., Kacira, M. (2013). The past, present and future of CFD for agro-environmental applications. Computers and electronics in agriculture, 93, 168-183. https://doi.org/10.1016/j.compag.2012.09.006
Magnus, U.I., Achi, N.J. (2011). Finite difference method of modelling groundwater flow. Journal of Water Resource and Protection, 3(3), 192-198. https://doi.org/10.4236/jwarp.2011.33025
Pope, S. B. (2001). Turbulent flows. (11th edition). Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press.
Salcedo, R., Granell, R., Palau, G., Vallet, A., Garcerá, C., Chueca, P., & Moltó, E. (2015). Design and validation of a 2D CFD model of the airflow produced by an airblast sprayer during pesticide treatments of citrus. Computers and Electronics in Agriculture, 116, 150-161. https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.06.005
Spalart, P. R. and Allmaras, S. R. (1992), "A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows", AIAA Paper 92-0439. https://doi.org/10.2514/6.1992-439
Versteeg, H. K., & Malalasekera, W. (2007). An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method. Upper Saddle River, United States: Pearson Education.
Yamaguchi, H. (2008). Engineering fluid mechanics (Vol. 85). Springer Science & Business Media.


