Método de Segundo Orden Basado en Partículas Implementado en OpenFOAM

Abstract

Se presenta una nueva metodología Lagrangiana-Euleriana (LE) para la solución de problemas de flujo incompresible denominada Particle Finite Volume Method (PFVM). A diferencia de los diversos métodos LE que se encuentran en la literatura, la propuesta de este trabajo obtiene convergencia cuadrática global (espacio y en tiempo) sobre mallas arbitrarias. PFVM consiste en utilizar un splitting simétrico de los operadores diferenciales en donde la convección se resuelve con una versión mejorada del método X-IVS y se utilizan operadores de alto orden para transferir campos entre la malla y las partículas. Los casos de prueba, tanto de transporte escalar y de flujo incompresible, validan la metodología presentando soluciones numéricas cuyos errores tienen convergencia cuadrática, tanto en mallas estructuradas como no-estructuradas. La implementación del método en la plataforma open source OpenFOAM(R) permite emplear mallar arbitrarias de poliedros y realizar comparaciones de tiempo de cómputo contra los solvers estándar que provee la suite. Los resultados obtenidos revelan que el método presentado en este trabajo permite obtener un menor nivel de error que el eficiente solver pimpleFOAM, sin incrementar el costo computacional. Finalmente se presenta la extensión de la metología incorporando un modelo de turbulencia basado en el concepto de viscosidades efectivas. El modelo propone resolver el problema turbulento en el dominio de flujo original usando una malla relativamente gruesa, las partículas transportando las inestabilidades y actualizando las viscosidades efectivas con datos precalculados basados en simulaciones DNS locales.