Implementación y Validación de una Técnica de Malla Dinámica de Seis Grados de Libertad

Abstract

Los problemas de malla dinámica son esenciales en la mecánica de fluidos computacional, resolviendo problemas en áreas como la dinámica fluido-estructura, náutica, aeronáutica, defensa, aerodinámica vehicular, y aplicaciones deportivas. La elección de la técnica adecuada a utilizar se basa principalmente en las magnitudes de las deformaciones o desplazamientos de los dominios. Las estrategias de deformación de malla junto con el método de integración Lagrangiano-Euleriano Arbitrario (ALE) son fáciles de implementar, pero limitadas en cuanto a la magnitud de deformaciones o desplazamientos. Así, para movimientos de seis grados de libertad se necesitan métodos más sofisticados, como las estrategias de solapamiento de mallas o métodos embebidos, los cuales permiten un desacoplamiento entre la geometría móvil de estudio y el espacio del fluido circundante. Sin embargo, su implementación es compleja y puede generar errores numéricos debido al desacoplamiento geométrico de la discretización. Estudios recientes en el campo de la flotación de objetos han explorado la posibilidad de combinar la técnica de mallas deslizantes con la estrategia de adición-remoción de capas. De forma combinada, estas podrían definir un enfoque versátil para la simulación de movimientos con seis grados de libertad. En este marco, el presente trabajo se adentra en esta última estrategia, incorporando además la deformación de malla para permitir mayor flexibilidad a la hora de particionar el dominio para ejecuciones en paralelo. La técnica se implementa para el método de volúmenes finitos en OpenFOAM. Los resultados obtenidos a través de la validación del modelo por medio de casos simples de literatura demuestran que este enfoque es preciso y eficiente, lo que ofrece un potencial considerable para su aplicación en una variedad de contextos de ingeniería. Además, el trabajo explora la escalabilidad en paralelo de la técnica demostrando que es capaz de abordar problemas desafiantes desde el punto de vista computacional.