Resumen

En este trabajo se propone una nueva metodología para resolver las ecuaciones de gobierno de flujos de fluidos viscoelásticos. Esta metodología se basa en el método de los volúmenes finitos con disposición coubicada de las variables, utilizando aproximaciones de alto orden para los flujos medios lineales y no lineales en las interfases y para los términos no lineales resultantes de la discretización de las ecuaciones constitutivas. En esta metodología, los valores medios de la variable en los volúmenes se utilizan durante la resolución, y los valores puntuales se recuperan en la etapa de posprocesamiento mediante la deconvolución de los valores medios. Las ecuaciones no lineales, resultantes de la técnica de discretización, se resuelven simultáneamente, utilizando el método de Newton. Las soluciones obtenidas son precisas y sin oscilaciones, como puede verse en la solución del flujo stick-slip, utilizada como ejemplo ilustrativo.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día, la dinámica de fluidos computacional (CFD - Computational Fluid Dynamics) se utiliza cada vez más en diversos segmentos de la industria, como la automoción, aeroespacial, procesos químicos, generación de energía, metalurgia, entre otros. Su aplicación abarca una amplia gama de propósitos, desde el diseño de equipos hasta la optimización de procesos, donde el uso de software CFD puede reducir significativamente la necesidad de realizar experimentos y crear prototipos a escala de banco, tareas que suelen ser largas y costosas. Además, este tipo de software puede utilizarse para aumentar la producción y/o mejorar la calidad del producto, entre muchas otras posibilidades.

Al diseñar software de CFD, es fundamental centrarse en dos aspectos clave: la modelización del problema físico y la resolución de las ecuaciones del modelo. La modelización implica la matematización del problema físico que se va a analizar. En el caso de flujos de fluidos, el modelo matemático incluye las ecuaciones de conservación (masa, energía y cantidad de movimiento), las condiciones iniciales y de contorno, y una ecuación mecánica constitutiva que establece la relación entre el campo de tensiones y el campo de velocidades en el flujo.

Para los flujos de fluidos poliméricos, el aspecto crucial es la selección de una ecuación constitutiva que represente adecuadamente el complejo comportamiento reológico de estos fluidos[1,2]. En simulaciones numéricas, se ha favorecido el uso de modelos generalizados de fluidos newtonianos y modelos no lineales diferenciales e integrales para fluidos viscoelásticos. Los primeros sólo consideran la dependencia de la viscosidad, dejando de lado los efectos de la elasticidad del fluido. Por otro lado, los modelos diferenciales no lineales permiten capturar una amplia variedad de características reológicas presentes en los fluidos poliméricos. E

• Materias:Simulación de fluidos Materiales viscoelásticos Ecuaciones no lineales
• Subjects:Fluid simulation Viscoelastic materials Nonlinear equations
• Palabras claves:Fluidos viscoelásticos; Simulación; Método de volúmenes finitos
• Keywords:Viscoelastic fluids; Simulation; Finite-volume method