Modelado y simulación 2d del flujo de un fluido en un canal con una expansión inclinada mediante volúmenes finitos

Abstract

Canal con expansión, Separación de flujo, Recirculación de flujo. En este trabajo se presenta el planteamiento numérico para la solución de las ecuaciones de conservación de cantidad de movimiento y de masa de Navier-Stokes para un flujo incompresible; la ecuación general de transporte se discretiza mediante el método de volúmenes finitos, y se hace uso del método del paso fraccionado para la resolución del acoplamiento entre la velocidad y la presión. Se utiliza un mallado no estructurado para la discretización física del dominio, el cual se realiza mediante la plataforma Salome. El planteamiento se implementa en un código computacional en lenguaje C++ utilizando las rutinas de PETSc (Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation). Con el propósito de validar el planteamiento y el código desarrollado se resuelven dos casos de estudio bidimensionales: el problema conocido como Smith-Hutton y el problema conocido como Driven Cavity, sus resultados se comparan con los encontrados en la literatura y resultan satisfactorios. Se desarrolla un modelo numérico para el problema del flujo laminar bidimensional en un canal con una expansión inclinada, y se resuelve para números de Reynolds de 50 y 100, una relación de expansión de 1,9423 y ángulos de inclinación de 15°, 30°,45° y 90°. El modelo se valida comparando los resultados encontrados para el ángulo de 90° con resultados de la literatura para el problema de escalón recto.