mendorro escribió:buenas, no tengo claro si esto va aquí o en pc-general, si no que se mueva el hilo sin fallo.
a ver, tengo una pregunta para que me resuelva alguien que trabaje usando programas de CFD (computational fluid dynamics).
hace unos meses estuve desarrollando un programa de simulación térmico para una configuración geométrica concreta. para documentarme estuve echándole un ojo al software comsol multiphysics, que hace este tipo de simulaciones entre otras y una cosa que me sorprendió bastante (o entendí yo mal y esta es la pregunta), es que el coeficiente de película que se usa en las simulaciones es constante y lo tiene que indicar el usuario.
mi pregunta es si esto tiene mucho sentido o no. me refiero a que por lo que he leido, calcular un coeficiente de película por métodos numéricos es muy jodido por las ecuaciones diferenciales implicadas, ¿pero poner un número precalculado no vicia demasiado el resultado de la simulación? sobre todo teniendo en cuenta que la convección es (por lo menos en mi caso) la que más contribuye al estado térmico del sistema.
en mi proyecto, me basé en el uso de números adimensionales para el cálculo de este coeficiente, pero mi geometría era muy sencilla y caía dentro un caso concreto que me permitía este cálculo fácil. ahora, de forma personal, quería rehacer y ampliar este software para que fuera más genérico, pero me encuentro con este problema, cómo meto este valor para una superficie por ejemplo curva o irregular. ¿tendría que suponer que el usuario sabe ese valor por ensayos que ha realizado previamente y yo lavarme las manos? ¿o hay alguna forma de calcular ese parámetro que no sea una puta locura? además ese parámetro depende también de la temperatura, y en un ensayo como los que tenía que hacer yo va a variar de forma apreciable en el tiempo, con lo que un valor constante aún falsearía más los resultados de la simulación.
gracias, salu2
En primer lugar habría que saber cómo es la discretización de tu modelo, ¿estás usando FEM (elementos finitos) o FVM (volumenes finitos)? Creo que COMSOL usa FEM, a diferencia de todos los paquetes usuales de CFD que usan FVM (ANSYS CFX, Fluent...). Como comentas, el coeficiente de película (llamemos HF en pro de simplificación) puede ser bastante complejo de calcular, pero especialmente impracticable puede ser si estás codificando en FEM, cosa que no creo que estés haciendo, por el bien de tu salud mental.
COmo bien sabrás, FEM se usa para análisis estructural ya que se calcula el desplazamiento nodal y a partir de este desplazamiento se calculan las tensiones a partir de las derivadas de los desplazamientos. Pero para hacer esto es necesario tener una función de peso al menos lineal entre dos nodos para poder efectuar estas derivadas. EN FVM por el contrario no calculas esta derivada ya que sólo tienes un nodo por volumen finito y se trabaja por medio de promedios residuales basados básicamente en principios de conservación, cosa que hace el FVM bastante más fácil de codificar que el FEM.
Así, es normal que en COMSOL no calculen el HF, ni tan siquiera creo que calcule realmente los campos de velocidad, temperatura y presión del fluido discretizando la ecuación de Navier-Stokes (NS), ya que hacer eso en FEM creo que hoy en día es bastante inviable en términos de computación. SIn embargo, lo que si me creo es que COMSOL considere tu fluido incompresible y sin separación de capa límite y calcule (como hace ANSYS) la ecuación de Bernuilli en una linea de fluido. Cada nodo de esa linea estaría conectado a un nodo central de la superficie de la pared y mediante la diferencia de temperatura entre la pared y el fluido, calcularía el flujo de calor. Pero para ello es necesario conocer de antemano el HF, ya sea por input directo del usuario (por medio de correlaciones, tipo Kirilov-Petukhov-Popov, Gnielinski, Dittus-Boelter y demás) o porque el programa tiene estas correlaciones ya pre-programadas y sólo hay que dar ciertos parámetros de la correlación (parámetros del fluido).
Para un código hecho en FEM el hecho de tener que introducir el HF a mano es porque realmente no se está resolviendo completamente el estado del fluido, sino que se está usando un modelo simplificado. Esto podría dar pie a pensar que los resultados son muy dependientes de que input de HF pongas y es en parte verdad, como tú dices, pero depende de qué estés interesado en calcular. SI lo que te interesa es calcular la temperatura del fluido a la salida de una canalización (temperaturas a lo largo de la linea de fluido), HF no afecta a la solución, ya que al final la temperatura final viene dada por un balance de energías entre el flujo másico en la entrada y lo que el entorno intercambie con el fluido. Sin embargo, el HF juega un papel importante en la distribución de entre la pared y el fluido (temperaturas en la sección del fluido).
En fin, haría falta saber un poco más con qué método estás haciendo tu código. Si usas FVM, te recomiendo encarecidamente que mires cómo lo hacen en Fluent: su manual de teoría es impresionante y se aprende mucho los detalles del problema del cierre de las ecuaciones de NS (modelos de turbulencia) y el tratamiento del flujo cerca de la pared (wall functions / near-wall treatment). Creo recordar que fluent calcula HF según la definición, calculando el flujo de calor a la pared y dividiendo por la diferencia de temperaturas entre la superficie y el fluido: tendría que miralo con más detalle.
Un saludo
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