Evaluación de programas comerciales de dinámica de fluidos computacional (CFD) aplicados a tres problemas Benchmark de mecánica de los fluidos

Abstract

En este trabajo de grado se realizó la evaluación de dos (2) programas comerciales de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), Fluent y CFX, incluidos en el paquete de software Ansys, en su versión R1 2023. Para conseguir este objetivo, se utilizaron dichos programas para simular tres (3) problemas benchmark típicos de mecánica de fluidos, los cuales fueron el flujo alrededor de un cilindro evaluado en dos dimensiones, la convección natural de aire en una cavidad cúbica y el flujo de aire sobre un escalón en régimen de transición, evaluado en tres dimensiones. En primer lugar, para la simulación del flujo alrededor de un cilindro se generaron tres (3) niveles de mallado, que fueron utilizados para generar soluciones numéricas para un escenario estacionario (Re = 20) y un escenario transitorio (Re = 100). Seguidamente, para el benchmark de convección natural de aire en una cavidad cúbica se realizó un análisis de sensibilidad de malla, el cual permitió encontrar un mallado que entregaba resultados independientes de este, y que fue utilizado para simular los casos con números de Rayleigh iguales a 103, 104, 105, 106 y 107. Posteriormente, se realizó para el benchmark de flujo de aire sobre un escalón un análisis de sensibilidad de malla y la selección de los modelos de turbulencia encontrados en ambos programas CFD, con los que se simularon escenarios para Re = 500 y Re = 4000. De acuerdo a los resultados obtenidos se concluyó que Fluent presentó frente a CFX ventajas en las simulaciones del caso estacionario del flujo alrededor de un cilindro y de la convección natural de aire, mientras que CFX mostró superioridad en la simulación transitoria del flujo alrededor de un cilindro, y no se encontró ventaja de ningún programa CFD en las simulaciones del flujo de aire sobre un escalón. También se determinó que Fluent utilizó en todos los casos mayor cantidad de memoria RAM que CFX y que requirió de mayores tiempos para las simulaciones de los escenarios de convección natural, mientras que CFX requirió de mayores tiempos en las simulaciones de los escenarios en régimen de transición.