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MECÁNICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL (MFC)

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Áreas de aplicación de la MFC.  

 

Industria Aeronáutica y Astronáutica: | (arriba)
En este ámbito, la MFC ha revolucionado el diseño de aviones y vehículos espaciales, permitiendo:   a) El cálculo de la resistencia aerodinámica y la sustentación en geometrías complejas y condiciones extremas. b) El diseño de partes importantes que afectan a la estructura, a la estabilidad de vuelo, a la maniobrabilidad, etc., que sólo se han podido mejorar con el conocimiento muy detallado del flujo alrededor de las aeronaves que proporciona el experimento numérico. 
Ejemplos:

Distribución de temperatura alrededor de un vehículo espacial a 6 km/s

 

Interacción entre el flujo que sale de los motores con el avión.

 

Estudio del flujo alrededor de un helicóptero.

 

Campo de presiones sobre un ala delta en pleno vuelo.

 

Trayectorias sobre un ala y vórtice que se genera en su extremo.

 

Industria de los vehículos terrestres: | (arriba)
Se ha mejorado tanto:
1) su diseño externo, disminuyendo su resistencia aerodinámica;
2) asicomo el diseño de los motores de combustión.
Además, hay códigos numéricos que incorporan procesos de combustión y fluidodinámica en geometrías complejas, permitiendo diseños más eficientes (- consumo, + potencia) y menores emisiones contaminantes.
Ejemplos:

 

Trayectorias de diversas partículas alrededor de un coche de F1 y distribución de presiones sobre el mismo.

 

Efecto de la estela de un coche de F1 sobre el perseguidor.

 

Estudio de la aerodinámica de un F1. Visualización de trayectorias..

 

 

Modelo 3D de un Aston Martin objeto de estudio (superior) y visualización de las trayectorias que salen del motor (inferior).

 

Estudio del adelantamiento entre dos coches. Se visualiza el campo de presiones.

 

Modelo 3D de un motorista y una motocicleta de gran cilindrada (izquierda) y trayectorias sobre ellos (derecha).

 

 

Estudio aerodinámico sobre un vehículo agrícola.

 

Estudio sobre el confort climático en un vehículo Peugeot 407.

 

Visualización de las trayectorias y del campo de presiones sobre un kart.

 

Trayectorias alrededor y por el interior del motor de un coche de rally .

 

Distribución de presión y trayectorias sobre una camioneta de carga (arriba) y comparación del coeficiente de presión sobre su parte delatera entre el obtenido numéricamente y el experimental (inferior).

 

Campo de presiones y trayectorias alrededor de un F1 de Ferrari.

 

Estudio del nuevo alerón trasero del Ferrari 550. Modelo sólido (arriba) y prototipo y estela tras el alerón (abajo).

 

Estela tras un F1 de Arrows.

 

Ámbito de las máquinas hidráulicas y térmicas: | (arriba)
Se ha mejorado numéricamente: a) el diseño aerodinámico, mecánico y térmico de álabes; b) procesos de combustión en turbomáquinas y reactores, etc. 
Ejemplos:

    
Visualización del campo de presiones sobre el rotor de una turbina (derecha) y detalle de las trayectorias en los álabes (izquierda).

 

Diferentes magnitudes fluidas del flujo alrededor de la hélice de un molino de viento.

 

Ingeniería Civil: | (arriba)
estando presente la MFC en: a) el diseño de presas, embalses y canales; b) el estudio de la influencia de las estructuras portuarias y espigones en las costas; c) en los estudios tanto de las cargas por viento en edificios como en los del impacto ambiental de nuevos edificios; etc.
Ejemplos:

    
Visualización del efecto de las olas generadas en un túnel de oleaje sobre una plataforma petrolífera (animación).

 

   
Estudio del impacto de la creación de una nueva salida de agua en una presa. Indicado con un círculo rojo en la imagen de la derecha la posición de la sólida.

 

Descarga de una presa a un canal. Visualización de la superficie libre en un instante de tiempo.

 

Comparación de la solución numérica con un experimento de la rotura de una presa.

 

Comparación con un experimento del agitado de un depósito en dos instantes de tiempo diferentes.

 

Ingeniería Ambiental: | (arriba)
En este campo, la MFC se ha usado para: a) diseñar hornos con mayor eficiencia térmica y menor emisión de contaminantes; b) instalaciones de aire acondicionado; c) sistemas de ventilación de edificios y vehículos; entre otras muchas aplicaciones.
Ejemplos:

Trayectorias descritas por el aire que sale del panel central de refrigeración del automóvil.

 

  
Estudio realizado sobre el barrio de Manhatan (New York). Se muestra el modelo (superior), trayectorias (inf. izqda.) y vectores de velocidad (inf. drcha.)

 

Estudio sobre el efecto del humo de una chimenea en un edificio cercano.

 

Influencia de las emisiones de una chimenea en los edificios de su entorno.

 

 

Panorámica de entorno de Londres donde está la Bishopsgate Tower (arriba) y campo de presiones sobre los edificios.

 

Humo (amarillo) y nube de polvo (gris) tras el colapso de una de las Torres Gemelas.

 

Ingeniería Naval: | (arriba)
Para: a) diseñar barcos y submarinos, y mejorar, disminuyendo, su resistencia; b) diseño de velas; b) así como la mejora de cualquier elemento náutico. 
Ejemplos:

Estudio aerodinámico de un barco. Visualización de trayectorias y líneas de corriente.

 

Visualización de las trayectorias sobre la quilla de un barco.

 

Efecto de la estela debida a una velas sobre otras situadas a una cierta distancia.

 

Ingeniería Química: | (arriba)
mejorando y optimizando los diseños de reactores químicos o tanques de mezcla.
Ejemplo:

Visualización de los vectores de velocidad en el interior de un tanque de mezcla.

 

 

Fuera del campo de la ingeniería, está presente en:

Deportes: | (arriba)
Como natación, ciclismo, fútbol, rugby, esquí... teniendo siempre como objetivo la optimización de algún parámetro.
Ejemplos:

Estudio sobre la aerodinámica de un casco. Se visualiza el campo de presiones y las trayectorias.

 

 

Campo de presiones sobre un esquiador de salto de longitud en pleno vuelo.

 

Evolución de la resistencia de un balón oficial con los años (derecha) y trayectorias alrededor del mismo (izquierda).

 

Visualización del flujo complejo en la estela de un balón.

 

      
Campo de presiones sobre un nadador justo después del lanzamiento (derecha) y trayectorias alrededor de un brazo mientras nada (izquierda).

 

Simulación con el objetivo de disminuir la resistencia en un nadador.

 

Campo de presiones alrededor de un balón de rugby cuando es lanzado con un determinado giro.

 

Trayectorias alrededor de un deportista paraolímpico en silla de ruedas.

 

Ambiente bélico: | (arriba)
Optimizando el diseño/forma, es decir, la aerodinámica de equipos de guerra.
Ejemplos:

Visualización de trayectorias alrededor de un misil.

 

Modelo sólido y distribución del número de Mach alrededor del misil.

 

Estudio del flujo alrededor de un tanque.

 

Museos: | (arriba)
Mejorando la ventilación y la refrigeración de los mismos.
Ejemplos:

Estudio sobre la ventilación del David de Miguel Ángel. A la derecha se representa la concentración de CO2 antes (arriba) y después (abajo) de las mejoras en la ventilación.

 

Medicina: | (arriba)
Mejorando, por ejemplo, la distribución de temperaturas en incubadoras de recién nacidos.
Ejemplos:

Campos de temperatura (superior) y recirculación del aire (inferior) en una incubadora para recién nacidos.

 

Electrónica: | (arriba)
Para mejorar la refrigeración de equipos electrónicos.
Ejemplos:

Distribución de temperatura dentro de un controlador enfriado por tres ventiladores. Se visualizan también algunas trayectorias.

 

Nota: Todos los ejemplos han sido extraídos de www.fluent.com.

 

 

J. Ortega Casanova | TEP 146. | Arriba