Únase al foro de diseñadores!
Su experiencia es vital para la comunidad. Únase a nosotros y aporte sus conocimientos.
Únase ahora al ForoComparta, aprenda y crezca con los mejores profesionales del sector.
Desvelar los secretos de la dinámica de vórtices en tanques agitados mediante técnicas avanzadas de modelado.
Retos
La predicción de la dinámica de los vórtices en tanques agitados presenta importantes retos debido a la complejidad de los comportamientos del flujo de fluidos. La turbulencia y la naturaleza caótica del movimiento de los fluidos en estos sistemas dificultan la modelización y predicción precisas de la formación de vórtices.
Las simulaciones tradicionales de dinámica de fluidos computacional (CFD), aunque precisas, son intensivas desde el punto de vista computacional y consumen mucho tiempo. Esto supone un problema para las industrias que requieren tiempos de respuesta rápidos para las simulaciones y optimizaciones.
Introducción a los modelos de orden reducido (ROM)
Los Modelos de Orden Reducido (ROMs) ofrecen una solución prometedora a los retos planteados por las simulaciones CFD tradicionales. Los ROMs reducen la complejidad computacional capturando la dinámica esencial de un sistema con un número significativamente menor de grados de libertad.
Los ROM se crean identificando los modos o características más importantes del sistema y construyendo un modelo simplificado que conserva las características críticas del sistema original. Este enfoque no sólo acelera el proceso de simulación, sino que también hace más factible la realización de múltiples iteraciones y optimizaciones.
Solución de ingeniería
En Ozen Engineering, Inc. aprovechamos nuestra experiencia en el software de simulación ANSYS para desarrollar Modelos de Orden Reducido precisos y eficientes para la predicción de vórtices en tanques agitados. Nuestro proceso comienza con simulaciones CFD detalladas para comprender los comportamientos fundamentales del sistema de fluidos.
A continuación, empleamos técnicas avanzadas de reducción de modelos para extraer la dinámica clave y construir un ROM capaz de predecir la formación de vórtices con gran precisión. Este ROM se valida con datos experimentales para garantizar su fiabilidad y solidez.
Aplicación:
En esta aplicación utilizamos el mismo ejemplo de tanque de agitación que demostramos cómo crear un modelo Fluent para la predicción de vórtices1. El tanque es un cilindro sin bafles, agitado con un impulsor de turbina Rushton. La geometría y los detalles de la malla en el plano de la sección transversal se muestran en la figura 1.
Figura 1. Modelo geométrico y malla
En la Figura 2 se muestra el diseño del proyecto de Ansys Workbench. La geometría se conecta a la sesión de Fluent donde se describen los ajustes necesarios del modelo y los parámetros de entrada/salida.1. A continuación, el módulo 3D ROM se arrastra y suelta en la pantalla del proyecto, mediante lo cual el módulo 3D ROM establece una conexión automática con el resto del proyecto.
Figura 3. El proyecto Ansys Workbench con la adición de 3D ROM
Antes de hacer el Diseño de Experimentos (DOE), una mejor práctica es resolver el primer conjunto de datos basado en las entradas (DP0). Esto permite monitorizar la simulación, post-proceso, y determinar si hay problemas. Una vez completada la simulación, la pantalla de parámetros muestra los parámetros de salida correspondientes (Figura 4).
Figura 4. Entradas y salidas de la primera simulación (DP0).
Las propiedades del DOE se pueden ajustar con la tabla (Figura 5) que aparece una vez que se hace clic en el Diseño de Experimentos (3D ROM). La selección por defecto de «Diseño óptimo de llenado de espacio» se utilizó con un número de 32 muestras. Este número lo calcula el software basándose en el número de parámetros de entrada. En este caso, tenemos 4 entradas, y 8 configuraciones por entrada hace el número total de muestras.
Figura 5. Las configuraciones DOE
Una vez completadas las simulaciones DOE, la marca de verificación verde es visible como en la Figura 3. Los diseños con los resultados asociados están disponibles para su revisión (Figura 6). Los diseños con los resultados asociados están disponibles para su revisión (Figura 6).
Figura 6. Pantalla de resultados del DOE
El siguiente paso es, haga clic en el ROM Builder, y Export ROM (Figura 7). Hay dos opciones para exportar: el archivo roms o el archivo fmu. Las roms pueden leerse con una nueva sesión de Fluent. El fmu puede importarse al TwinBuilder para su posterior análisis. En este ejemplo exportamos en archivo roms.
Figura 7. Exportar ROM
El último paso es abrir un nuevo archivo de Workbench, abrir la sesión de Fluent e importar el ROM. Una vez abierta la sesión de Fluent, haga clic en el Modelo de orden reducido en el menú Modelos. En el panel, haga clic en la pestaña «Evaluar». Elija la herramienta de postprocesamiento adecuada, como contornos, y seleccione las funciones de celda del ROM que desea visualizar. Cambiando los parámetros utilizados para la creación del ROM, se puede observar su efecto. La figura 8 muestra que, a menor velocidad no se genera vórtice, mientras que a mayor velocidad sí.
Figura 8. Evaluación de ROM para dos casos diferentes
A partir de este punto, el usuario puede explorar muchas combinaciones diferentes de los parámetros de entrada. El resultado está disponible en cuestión de segundos en la pantalla.
Ventajas
El principal beneficio de utilizar ROMs en la predicción de vórtices es la reducción significativa de tiempo y recursos computacionales. Esto permite una rápida creación de prototipos y optimización, lo que se traduce en ciclos de desarrollo más cortos y ahorro de costes.
Además, los ROM permiten realizar simulaciones y controles en tiempo real, lo que resulta especialmente beneficioso en aplicaciones industriales en las que la rapidez en la toma de decisiones es crucial. La capacidad de llevar a cabo múltiples escenarios hipotéticos también mejora el diseño general y la eficiencia operativa.
Los detalles de la generación de ROM pueden verse en el siguiente vídeo.
Únase al foro de diseñadores!
Su experiencia es vital para la comunidad. Únase a nosotros y aporte sus conocimientos.
Únase ahora al ForoComparta, aprenda y crezca con los mejores profesionales del sector.