Estudio numérico de la deformación superficial de un chorro líquido impactando contra un objeto

Abstract

Los estudios que se presentan en las siguientes páginas buscan introducir al lector en las técnicas y softwares más comúnmente usados en la Mecánica de Fluidos Computacional y validar su capacidad para estudiar sistemas complejos de interés científico. De este modo, se presenta el software openFOAM, un software de uso libre de altas capacidades y numerosas utilidades que permitirá a cualquier usuario interesado introducirse en CFD (Computational Fluid Mechanics). Con la ayuda de openFOAM, se obtendrán resultados numéricos de la deformación superficial de un chorro impactando contra un obstáculo, pudiéndose validar las predicciones lineales analíticas existentes basadas en los llamados modos espaciales y demostrando las utilidades de los softwares CFD. Además, se pretende mostrar las características principales de este sistema y recoger sus dependencias con variables de interés como el número deWeber o el número de Ohnesorge. El presente trabajo también pretende servir como guía para que aquellos alumnos interesados en realizar simulaciones con openFOAM puedan dar sus primeros pasos con el software y entender sus principios y entorno, así como los fundamentos de CFD, principales técnicas y buenas prácticas. Es por ello, que se detallará en las próximas páginas cómo realizar simulaciones con el software, cómo visualizar los resultados y cómo evaluar la fiabilidad de las simulaciones. De este modo, se establecerán las bases para que el usuario interesado pueda realizar simulaciones de forma autónoma con otros softwares de CFD más sofisticados y más comúnmente usados en la industria, tales como Ansys Fluent o COMSOL Multiphysics.

The studies presented in the following pages aim to introduce the reader to those techniques and softwares most commonly used in Computational Fluid Mechanics and validate their capacity to study complex systems of scientific interest. Thus, the software openFOAM is presented, an open source software of high capabilities and many utilities that will allow any interested user to get introduced in CFD (Computational Fluid Mechanics). Numerical results of the surface deformation of a jet impinging on an obstacle will be obtained with the aid of openFOAM, enabling the validation of the existing analytical linear predictions based on the so-called spatial modes, and demonstrating the utilities of CFD softwares. Also, it is intended to show the principal carachteristics of the system and gather its dependencies with variables of interest such as Weber number or Ohnesorge number. This report is also intented to serve as a guide for those students interested in performing simulations with openFOAM to be able to understand the software and its environment, as well as CFD fundamentals, most importante techniques and good practices. For this reason, in the following pages it will be described how to perform simulations with the software, view results and how to evaluate the reliability of the simulations. Thus, the basis will be established for those interested users to perform simulations on more sofisticated and commonly used softwares such as Ansys Fluent or COMSOL Multiphysics.