La dinámica de fluidos computacional o análisis CFD es uno de los métodos de análisis clave utilizados en aplicaciones de ingeniería. Sus orígenes se remontan a los esfuerzos del ser humano por comprender mejor el poder de elementos naturales como el viento, las tormentas, las inundaciones o las olas marítimas.
¿Qué Sabemos Sobre los Flujos?
La disciplina física de la dinámica de fluidos evolucionó a medida que la ciencia comenzó a clasificar el poder natural y la reacción asociada del aire, el agua o los gases. Esto proporcionó una estructura sistemática que abarcaba leyes empíricas y se derivaba de la idea de medida de los flujos que se utilizaba para resolver problemas prácticos.
Un problema típico de dinámica de fluidos implica propiedades básicas como la velocidad del flujo, la presión, la densidad y la temperatura, en relación con el tiempo y el espacio. En la vida cotidiana, podemos encontrar flujos de fluidos en meteorología (lluvia, viento, inundaciones, huracanes), calefacción, ventilación y aire acondicionado, diseño aerodinámico, combustión de motores, procesos industriales, o en el cuerpo humano, como el flujo sanguíneo, y así sucesivamente. La dinámica de fluidos tiene una amplia gama de aplicaciones, incluido el cálculo de fuerzas en aeronaves, la determinación de la tasa de flujo de petróleo a través de tuberías y la predicción de patrones climáticos.
¿Qué es CFD?
El comportamiento del flujo de gases y líquidos se cuantifica mediante ecuaciones diferenciales parciales que representan leyes de conservación de masa, momento y energía. La dinámica de fluidos computacional es una rama de la mecánica de fluidos que utiliza análisis numérico y algoritmos para resolver situaciones de flujo de fluidos. Se utilizan computadoras de alto rendimiento para realizar los cálculos necesarios para simular la interacción de líquidos y gases con superficies definidas por condiciones límite.
CFD se basa en las ecuaciones de Navier-Stokes. Derivadas de aplicar la segunda ley de Newton al movimiento de fluidos, junto con la suposición de que el estrés en el fluido es la suma de un término viscoso difusor y un término de presión, estas ecuaciones describen cómo se correlacionan la velocidad, la presión, la temperatura y la densidad de un fluido en movimiento.
El desarrollo de CFD ha estado estrechamente relacionado con la evolución de las computadoras de alta velocidad.
¿Por Qué es Importante Utilizar el Análisis CFD?
Con un análisis CFD, podemos comprender el flujo y la transferencia de calor a lo largo de un proceso de diseño. La metodología básica para cualquier análisis de CFD en ingeniería se basa en algunos procedimientos:
- Comprender el modelo de flujo: Separaciones de flujo, efectos transitorios, interacciones físicas.
- Comprobación del modelo asumido: Validación de resultados experimentales, estudios paramétricos, simulaciones estructurales.
- Optimización del modelo: Reducción de caídas de presión, homogeneización del flujo, mejora de la mezcla laminar y turbulenta.
El análisis CFD es una herramienta esencial en la ingeniería moderna que permite simular y comprender el comportamiento de los fluidos en una amplia gama de aplicaciones, lo que resulta crucial para el diseño y la optimización de sistemas que interactúan con líquidos y gases.
Source: Medium
