La MFC como herramienta de diseño e investigación
A través de la simulación numérica (experimento numérico) se han dado casos de verdaderos descubrimientos de fenómenos físicos desconocidos previamente, que después se han corroborado con la experimentación física. La experimentación numérica tiene, sin embargo, muchas ventajas sobre la experimentación física. Considérese, por ejemplo, el diseño de un nuevo avión supersónico:
1. Por vía experimental uno tendría que:
a) diseñar y fabricar el prototipo;
b) hacer experimentos en túneles aerodinámicos (o hidrodinámicos) del prototipo.
Inconvenientes:
| a) | alto coste de un túneles; |
| b) | un único túnel difícilmente puede cubrir todos los regímenes de vuelo (subsónico, transónico, supersónico) debido a que sus diseñoos son muy diferentes para cada caso, con lo que habría que disponer de varios túneles. |
2. Por vía numérica uno tendría que:
a) crear un código en un lenguaje de programación;
b) darle valores a los parámetros del problema;
c) llevar a cabo la simulación.
Ventajas:
| a) | un mismo código para todos los regímenes de vuelo; |
| b) | código informático transpotable fácilmente a cualquier parte del mundo; |
| c) | Un mismo código puede ser compartido entre múltiples usuarios a través de la red por lo que se pueden hacer simulaciones en cualquier parte con un ordenador. |
La experimentación física es imprescindible para dar validez al código numérico. Para ello, no es necesario realizar todos los experimentos físicos, tan sólo algunos muy específicos y sencillos que den validez al código. Validado el código, la simulación numérica sirve como herramienta de investigación y diseño. Además, puede guiar y complementar futuros experimentos físicos que se deseen realizar.
Otras ventajas del experimento numérico vs. físico es que permite realizar experimentos físicamente imposibles (flujos ideales, flujos laminares a números de Reynolds muy altos, que físicamente serían inestables y turbulentos, ...) Además permite extender los experimentos físicos a condiciones muy difíciles, o muy costosas, de alcanzar en la práctica (flujos a números de Mach muy altos, temperaturas o presiones muy elevadas, ...) También, permite obtener información directa sobre magnitudes difíciles de medir en experimentos físicos: difícil accesibilidad, alto coste, magnitudes intrínsecamente complicadas de medir (la vorticidad, por ejemplo) Por otro lado, la experimentación numérica permite obtener información sobre cualquier magnitud fluidodinámica en cada punto y en cada instante, sin apenas coste adicional.
Estas ventajas, sumadas a la potencia de cálculo y de memoria cada vez mayor de las computadoras que permiten ejecutar códigos cada vez más complejos y en menor tiempo, ha permitido que con el uso de la MFC se de un salto cualitativo en los procesos de diseño en muchas ramas de la ingeniería.