consultoria fluidodinàmica
Mecànica de fluids computacional (CFD)
La simulació numèrica de flux mitjançant la tecnologia de la mecànica de fluids per ordinador (o CFD en anglès) juga un paper cada dia més actiu en moltes aplicacions tècniques. Durant els últims quinze anys la simulació numèrica ha anat reemplaçant gradualment els mètodes experimentals, usats durant molt de temps en àrees ben provades com l'enginyeria aeroespacial. Actualment el CFD s'aplica a pràcticament qualsevol àrea de l'enginyeria, com la mecànica, química, processos o tecnologia mèdica.
La dinàmica de fluids computacional (CFD) permet fer càlculs detallats de qualsevol sistema en el qual intervinguin fluids, mitjançant la resolució de les equacions fonamentals de conservació de matèria, energia i quantitat de moviment per a la geometria particular de cada sistema considerat. Els resultats obtinguts consisteixen en els valors de totes les variables que caracteritzen el sistema (velocitat, pressió, temperatura, composició, etc.) en cadascun dels seus punts.
En molts problemes la dinàmica del flux involucrat és decisiva en l'optimització d'una tecnologia (per exemple, la reducció de la resistència aerodinàmica d'un cotxe, la millora d'eficiència en un compressor o les actuacions d'un reactor químic). A partir d'aquestes simulacions és possible estudiar aspectes relacionats amb el flux tridimensional com la transferència de calor i barreja al costat de radiació, combustió o dispersió d'emissions. Les simulacions permeten una nova perspectiva del problema que no és possible mitjançant els mètodes tradicionals.
Una simulació de CFD consta de quatre etapes: generació del model 3D, mallat del domini, resolució de les equacions i anàlisi dels resultats.
Alguns exemples de projectes:
- Medi ambient:
- Dispersió d'olors d'una xemeneia en un dia típic d'estiu en una ciutat espanyola.
- Arquitectura
- Simulació de la renovació de l'aire en un edifici d'oficines incloent-hi càrregues tèrmiques com a persones, ordinadors, etc. Estudi de la influència estacional
- Càlcul del camp de temperatura i ventilació en un cinema. Anàlisi de la influència del públic
- Químic i de processos:
- Estudis fonamentals sobre ruptura i interacció entre bombolles. La importància d'aquests fenòmens interfacials és essencial en una gran part dels reactors químics
- Optimització i modelatge de l'aspiració, format i deposició de planxes de fibra de vidre per a aïllament
- Optimització de la configuració en un reactor agitat amb un distribuïdor gasós inferior
- Defensa:
- Disseny d'elements que involucren plasma o ions. La simulació de la interacció de camp elèctric i fluidodinàmic sobre els ions és essencial
Tècniques experimentals en mecànica de fluids
La simulació numèrica d'un determinat sistema pot no ser la millor opció en alguns casos. Malgrat el creixement exponencial tant del maquinari com del programari en els últims anys, encara no poden abordar gaires problemes comuns mitjançant CFD amb ple èxit. Les raons poden ser diverses i cal ser conscients de les limitacions del CFD. L'experimentació sol ser un complement ideal a l'hora d'ajustar models o donar una informació que les simulacions no inclouen.
En aquests casos cal recórrer a tècniques experimentals per obtenir mesures quantitatives o qualitatives del camp de velocitat, pressió, temperatura, concentració, fases, etc. El normal és que les condicions d'operació, grandària de les instal·lacions o practicabilitat facin impossible o molt difícil una mesura directa de les variables d'interès i calgui recórrer a instal·lacions en laboratori que reprodueixin els fenòmens a estudiar. El canvi d'escala o de condicions d'operació, per exemple, introdueix distorsions de manera que les equacions que governen l'un i l'altre procés no són exactament iguals.
Les tècniques de mesura són molt diverses i la tecnologia actual ha disparat el nombre d'equips i instrumentació. En mecànica de fluids, la mesura puntual i descorrelacionada de l’entorn només és útil en mesures amitjanades, però és normal que els fluxos siguin turbulents i hi hagi fenòmens associats a la turbulència que tinguin alguna cosa a dir. Per això es busquen tècniques que podríem anomenar globals i que donen informació de tota una regió fluida. Poden ser mesures puntuals (fil calent o LDV, Làser Doppler Velocimetry), recolzades en un amitjanament de fase, o mesures zonals tipus PIV (Particle Image Velocimetry). La visualització directa o mitjançant PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence), Schlieren, per fum o tinta o tipus pel·lícula d'oli, també sol ser una tècnica excel·lent quan es pot utilitzar.
Hem concretats aliances estratègiques amb diferents institucions per col·laborar i tenir a la nostra disposició instal·lacions molt específiques (com el túnel de vent) o de gran part de la instrumentació (làsers, cambres especials, etc.). Per exemple, tenim accés a un túnel aerodinàmic de capa límit atmosfèrica (EESCLAT), a un altre d’aerodinàmic i a un d'aigua, localitzats tots tres en el Departament d’Enginyeria Química de la URV, i a un laboratori equipat al Centre d'Innovació en Tecnologia Química, entre altres.
