Simulación numérica de flujos confinados mediante SPH y LBM

Abstract

In the study of natural phenomena that involve fluids and that we witness every day, it is usually necessary to study them from a computational perspective due to their physical complexity, or the impossibility of analyzing all the information that represents them. This approach leads us to the implementation of numerical methods for the study of fluid dynamics, with which it is possible to obtain numerical approximations of the relevant properties of the phenomenon of interest, and thus, to obtain a physical description of it. In this doctoral thesis work, the use of numerical methods is proposed as tools for numerical simulation of the dynamics of confined incompressible fluids. Two widely differing methods were used for this work, namely the "Hydrodynamic method of softened particles.and the "lattice Boltzmann method"; the first one a mesh free particle method, and the second one a mesoscopic mesh method. With these, 2-dimensional numerical codes were constructed to solve the governing equations of fluid dynamics. The codes were tested under different classical models in the area of computational fluid dynamics, showing good performance in all the proposed cases.

En el estudio de los fenómenos naturales que involucran a fluidos y que presenciamos día con día, usualmente es necesario estudiarlos desde una perspectiva computacional debido a su complejidad física, o a la imposibilidad de analizar toda la información que los representa. Este planteamiento nos lleva a la implementación de métodos numéricos para el estudio de la dinámica de los fluidos, con los cuales, es posible obtener aproximaciones numéricas de las propiedades relevantes del fenómeno de interés, y con ello, conseguir una descripción física del mismo. En este trabajo de tesis doctoral se plantea el uso de métodos numéricos como herramientas para la simulación numérica de la dinámica de fluidos incompresibles confinados. Dos métodos ampliamente distintos fueron empleados para esta labor; a decir, los métodos “Hidrodinámica de partículas suavizadas” y “el método de Boltzmann en malla”; el primero de ellos un método de partículas libre de malla, y el segundo un método de malla mesoscópico. Con éstos, se construyeron códigos numéricos 2-dimensionales que habrían de resolver las ecuaciones gobernantes de la dinámica de los fluidos. Los códigos se probaron bajo distintos modelos clásicos en el área de la dinámica de fluidos computacional, mostrando un buen desempeño en todos los casos propuestos.