Tutorial de Modelamiento de Olas y Objetos Flotantes con OpenFOAM

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OpenFOAM no traía por defecto solucionadores para simular olas características de ambientes costeros, pero desde la versión 5.0 se han añadido paquetes de olas, para este ejemplo se trabajará con el solucionador interFoam con el fin de explicar los procedimientos para simular Olas sencillas, que pueden ser configuradas en el campo “setWaves”

Antes de la versión 5.0 se tenían que añadir librerías nuevas a OpenFOAM con solucionadores externos para que se puede simular olas, entre estos solucionadores estaban waveTofoam, olaFoam, IHFoam, entre otros; estos solucionadores consisten en una propagación e interacción de ola en un dominio computacional estático.

A partir de mayo del 2017, se implementó el modelamiento de olas en la línea de distribución de OpenFOAM, incluye la generación y amortiguamiento de olas, necesarios para la ingeniería marina y costera para simular condiciones de flujo experimentadas en estos campos.

 

Implementación de olas en OpenFOAM

El solucionador por defecto de OpenFOAM consiste en la generación de la elevación de la ola y la velocidad del campo de flujo en una determinada locación. Dos condiciones de borde han sido implementadas, entre ellas están “waveVelocity” y “waveAlpha”, los cuales son los que proveen las condiciones y la fracción de fase de los campos.

La amortiguación de ola fue incluida en un archivo parecido a fvOptions y este es llamado “verticalDamping”, este documento esta intencionalmente creado para amortiguar la ola en las condiciones de borde de salida, para prevenir las reflexiones de la ola en esta condición de borde.

 

Simulación de olas

Las simulaciones normalmente se encuentran dentro del solucionador interFoam, en este caso simularemos olas y un prisma que está flotando dentro de este cubo, por lo que tendremos que usar una derivación de interFoam que es llama interDyMFoam los pasos generales para la simulación serán cargar la grilla general, luego cargar en una variable topológica la grilla correspondiente al cubo, añadir los nuevos atributos que será reemplazar la variable topológica con nuestra condición de borde de objeto flotante, establecer los niveles iniciales del fluido correspondientes a la elevación dentro de la simulación, y por último, correr el solucionador, como resultado tenemos al objeto flotante como si fuera movido por la marea.

Entre las condiciones de borde para esta simulación es que no se cuenta con ningún caudal den entrada ni de salida, se tiene las paredes delimitadas como un contenedor, en la velocidad se tiene al prisma como un objeto de tipo “movingWallVelocity”, que es correspondiente al movimiento del prisma, caso contrario se tomaría al prisma como un obstáculo a la ola. Como este caso corresponde con los de movimiento de objetos, se encontrará en el directorio “Constant” un archivo adicional llamado “dynamicMeshDict”, en este archivo se puede colocar cuatro tipos distintos de movilidad:

  • staticFvMesh: La grilla es estática
  • solidBodyMotionFvMesh: La grilla no tiene cambios topológicos.
  • dynamicRefineFvMesh: Refina la grilla y provee cambios en la simulación.
  • dynamicMotionSolverFvMesh: Movimiento de la grilla basado en un cuerpo rígido.

Siendo la naturaleza de nuestra simulación la de un objeto flotante, se considerará la opción de dynamicMotionSolverFvMesh, en el cual se especifica adicionalmente algunos parámetros y se establece que parche será el afectado por nuestra simulación para que cuenta con motilidad, a esto se le tiene que añadir en las condiciones de borde un archivo llamado “pointDisplacement” en el cual, el objeto tiene que estar definido por defecto como “calculated” para que el solucionador pueda hacer las iteraciones.

 

Consideraciones de simulación

Por lo que como resultado final se tiene el objeto flotante en la grilla, es un caso de estudio sencillo e introductorio, no necesita tantos recursos computacionales como otros modelos, los cuales serían recomendables trabajarlos en paralelo para un menor tiempo de iteración, cabe resaltar que muchos de los ejercicios de olas al requerir tanto poder computacional muchos de ellos están preconfigurados para correr con 8 procesadores, por lo cual se necesita un buen computador para ello.

La geometría implementada en este tutorial puede ser sencillamente cambiada por una variedad de nuevas geometrías, como esferas o incluso se podrían simular objetos de particular interés como un submarino, e implementarse de la manera que se desee, siendo esta una gran ventaja de OpenFOAM ya que podemos configurar completamente sus archivos yendo incluso tan lejos como nuestras habilidades computacionales nos permitan.

 

Tutorial

 

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Posted on June 11, 2018 and filed under Tutorial.