Caffa3d.MB :

Paralelismo en Mecánica de los Fluidos

Computacional

IMFIA – Facultad de Ingeniería

Grupo de Mecánica de los Fluidos Computacional

29 de Abril de 2010

Motivación:Estudiar el flujo en el interior de un modelo de alojamiento de componentes electrónicos (PCB), los cuales requieren una adecuada ventilación.

Dilema:

Desarrollar un modelo numérico propio… ó

Adoptar un modelo numérico existente

Objetivo:Desarrollar un modelo numérico paralelo para flujos confinados en geometrías complejas.

Características principales:• versión 3D del solver 2D ‘caffa’ (Peric 1997)• flujo incompresible, viscoso/turbulento (k-e, LES)• Volúmenes Finitos, implícito, acople p-v SIMPLE• mallas curvilíneas, estructuradas por bloques• interfaces ‘una-a-una’, ‘muchas-a-una’ y deslizantes• solver lineales SIP, CGStab y AMG-SIP• interpolación lineal FTSE• paralelizado por OpenMP para máquinas SMP

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S

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S

1s

S

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Ecuaciones:

Al discretizar y linearizar obtenemos un sistema lineal hepta-diagonal (molécula P,W,E,S,N,B,T) para cada ecuación:

uu QuA uA

uT

uTE

uEW

uWP

uP QA...AAA uuuu

Método:Bloquesde mallaconectados

P RE

Montamos una lista de correspondencias en la interfaz.

En la ecuación para el nodo P en lugar de una C.B. se tiene una término de flujo ‘ordinario’, donde el nodo ‘R’ reemplaza al nodo ‘E’.

uT

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uP QA...AAA uuuu

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)0A ( uE

R

Los ‘nuevos’ coeficientes ‘inter-bloque’ son no-estructurados. Requiere correcciones en el solver.

uu QuA

El solver no precisa nuevos cambios.

En cada paso temporal debe actualizarse la lista de índices de correspondencia y las fracciones de fronteras de interfaz

Actualmente sólo implementado para rotaciones sencillas

Interfaces ‘deslizantes’

Ejemplo : Mezclador de paleta (~2D)

Uso de OpenMP:

Basado en la misma estructura de bloques

uu QuA

Ejemplo: Mezclador de

paleta a Re=1000

Ejemplo : Péndulo de

paleta ‘pesada’ a Re=1000

En donde estamos:

• Se ha desarrollado y validado el modelo numérico caffa3d.MB de volúmenes finitos para flujos incompresibles tridimensionales confinados en geometrías complejas.

• El modelo incorpora diversas técnicas avanzadas como mallas curvilíneas estructuradas por bloques, interpolación FTSE, interfaces deslizantes, solver lineales multigrilla, paralelización por OpenMP, etc.

• Se ha sido diseñado en forma modular permitiendo albergar extensiones como modelos de turbulencia, modelos VOF de superficie libre, modelos de cuerpos rígidos, flujos de fluido+partículas, flujo compresible, etc,...

• Se ha propuesto una modalidad ‘open source’ para el modelo, estando disponible para su uso libre en www.fing.edu.uy/imfia/caffa3d.MB

Extensión caffa3d.MB (I):

Flujo a superficie libre.

• Método VOF incorporando una función ‘color’.

• Este campo es advectado puramente, sin difusión.

• Ubbink & Issa, (1999) 00

vtdt

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Extensión caffa3d.MB (II):

Flujo de aire frío sobre topografía durante heladas radiativas

• Incorporación transferencia de calor radiante en la atmósfera.

Extensión caffa3d.MB (III):

Modelos de turbulencia. Flujo sobre el Cerro de los Caracoles (Uruguay)

• Incorporación de la topografía (datos DEM)

• Modelo de turbulencia k-eps

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