Simulación avanzada de flujo turbulento en turbomáquinas mediante el método de elementos finitos

Escobedo Sevilla, Emilio José
Hauke Bernardos, Guillermo (dir.) ; Irisarri Jiménez, Diego (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2019
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Resumen: El presente Trabajo de Fin de Grado, enmarcado en el campo de la mecánica de fluidos computacional, expone el proceso de evolución y aplicación de un código de elementos finitos, basado en las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo incompresible bidimensional; programado por investigadores del Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos de la Universidad de Zaragoza y del Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC), cuyo grupo de investigación persigue el desarrollo de un código propio de simulación para la predicción de fenómenos complejos. Las tareas aquí realizadas forman parte de dicho proyecto de investigación.
El objetivo del proceso de evolución del algoritmo es incluir el régimen de flujo turbulento en el abanico de aplicación, inicialmente circunscrito únicamente al régimen laminar, siempre en el contexto de flujos incompresibles bidimensionales. La versión inicial del código ha sido modificada por los investigadores que la desarrollaron, introduciendo modelos de turbulencia considerablemente innovadores, siendo objeto de este Trabajo Fin de Grado realizar la validación de las modificaciones. El grado de éxito que suponen las modificaciones mencionadas se constata mediante comparaciones con un problema ampliamente estudiado por la fluidodinámica computacional a lo largo de los años y empleado como benchmark habitual en proyectos de investigación. Dicho problema es el LDC (Lid Driven Cavity). En el contexto de este problema, también se realiza un estudio de sensibilidad para los diferentes tipos de mallas y su grado resolución.
En el campo de la aplicación práctica, se emplea el código modificado en la simulación de un modelo simplificado (2D) de un ventilador centrífugo cuyo flujo es turbulento en la realidad. Finalmente, con el objetivo de extraer la mayor información posible de los resultados (campo de presión y de velocidad), se desarrolla íntegramente un algoritmo de post-procesado que, mediante el cálculo de parámetros como el rendimiento y el incremento energético, permite generar propuestas de optimización y realizar comparaciones cuantitativas con simulaciones de la misma turbomáquina basadas en el código original.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado