Simulación de Flujos Supersónicos Bidimensionales y Axialmente Simétricos con OpenFOAM

Abstract

El exponencial crecimiento de la capacidad de cálculo computacional y el continuo desarrollo de esquemas numéricos han hecho de las simulaciones numéricas una importante herramienta para el estudio de flujos de fluidos. Una alternativa para afrontar un problema mediante la Mecánica de los Fluidos Computacional es utilizar paquetes de libre distribución tales como OpenFOAM, el cual ha tenido gran difusión y aceptación en los últimos años. En el presente trabajo se ponen a prueba las capacidades y limitaciones de OpenFOAM a través del análisis numérico de la estructura de flujos transónicos y supersónicos en torno a geometrías bidimensionales y con simetría axial, que son de interés para una gran variedad de aplicaciones prácticas, a saber: la cuña bidimensional y el cono circular paralelo a la corriente. A estos efectos, se pone especial atención en la generación de las mallas y la densidad de las mismas se define mediante experimentos de convergencia. Se compara el desempeño de dos solvers incluidos en el paquete, el sonicFoam y el rhoCentralFoam, siendo este último el que posee mejores prestaciones por lo cual es utilizado para realizar simulaciones de flujo cónico dentro de un amplio rango de números de Mach. Con base en los resultados obtenidos puede decirse que OpenFOAM ofrece un conjunto de herramientas no sólo prácticas sino también confiables para el estudio del tipo de flujos considerado.