Analizan métodos matemáticos para modelar fenómenos de turbulencia

El magíster Carlos Quispe presentó su investigación "Fenómeno de turbulencia y su modelación en simulaciones numéricas con CFD" en el Seminario de investigación e innovación.

Por Analucía Guzmán Boza.

“Fenómeno de turbulencia y su modelación en simulaciones numéricas con CFD” es el título de la exposición que presentó el Mgtr. Carlos Quispe durante el marco de conferencias “Research and Innovation Seminars“, actividad que realiza la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Piura.

Carlos Quispe

La Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) es la ciencia que predice el flujo de fluidos, transferencia de masa y calor, reacciones químicas y fenómenos similares. Las soluciones numéricas se basan en el método de discretización de volúmenes finitos, donde el dominio es dividido en un número finito de volúmenes de control.

La turbulencia es un fenómeno relacionado con el desorden de un flujo. No es una propiedad del fluido, sino del flujo. Es un área de investigación abierta,  principalmente para flujos comprensibles, multifásicos y reactivos. “No se puede pensar que los fluidos siempre se moverán siguiendo un orden, muchas veces se forman remolinos que alteran considerablemente los resultados”.

Según el Mgtr. Quispe, la turbulencia está formada por torbellinos, donde los más grandes, que tienen una longitud característica del orden del dominio de fluido, se vuelven inestables y van transfiriendo energía a torbellinos más pequeños. “Se crea la llamada cascada de energía, hasta llegar a una escala en la que los efectos de la viscosidad la disipan, es decir que el número de Reynolds no es lo suficientemente grande como para que la inestabilidad persista”.

“En la investigación se busca comparar modelos matemáticos que representen, lo más aproximado a la realidad, el comportamiento desordenado de los fluidos. Se estudian modelos unidimensionales, bidimensionales e híbridos que se ofrecen en los software comerciales, pero muchas veces no se sabe cuál escoger para un determinado problema. “Dentro de los resultados se ofrecen las ventajas de cada uno y se explica el significado de cada parámetro. Todo equipo o dispositivo en ingeniería que trabaje con un fluido debe considerar algún modelo de turbulencia” señala el magíster Quispe.

El impacto de la investigación es beneficioso para el sector industrial, siendo la aeronáutica el área con mayor aplicación. Sin embargo, se pretende extender a otros sectores ya que se puede modelar motores de combustión, máquinas hidráulicas, turbinas, intercambiadores de calor, etc., y predecir desde un software qué va a pasar con el fluido y cómo serán sus campos de velocidad, temperatura y presión. “Eligiendo el modelo matemático de turbulencia adecuado, se captará toda la fenomenología del flujo, detectando zonas donde incidir desde la fase de diseño de un proyecto, disminuyendo los costos del mismo”.


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