06/C287

Empleo de simulaciones computacionales multi-escala y técnicas de Level Set para el modelado de flujos complejos con aplicaciones tecnológicas.
Complex flow modeling employing multi-scale numerical simulation and Level-Set techniques applied to technology.

Director: DARI, Enzo Alberto
Correo Electrónico: darie@cab.cnea.gov.ar

Co-Director: TERUEL, Federico

Integrante: AUSAS, Roberto.

Resumen Técnico: Muchos problemas de la ingeniería, ciencias de la atmósfera y geofísica, aparecen naturalmente como problemas que involucran flujos con un alto grado de complejidad. Algunos ejemplos son los flujos multifásicos (combustión de combustibles líquidos, flujo en medios porosos, mezclado y transferencia de oxígeno en plumas de burbujas, etc.), flujos turbulentos (dispersión atmosférica, componentes termohidráulicos, etc.) y flujos con superficie libre (derrame de combustibles, formación de olas, etc.), entre otros. Estos sistemas presentan, en general, un amplio rango de escalas temporales y espaciales junto con una complejidad geométrica que hacen que la simulación numérica detallada de los mismos sea, todavía hoy, un gran desafío. Se propone entonces, en este proyecto, avanzar en los conocimientos y capacidades de modelado y predicción de los sistemas fluídicos complejos mencionados, con la orientación principal de la computación aplicada a la ingeniería. Las tres grandes áreas en que nos enfocaremos para su realización se enumeran a continuación: A) Simulación de flujos multifase empleando técnicas que requieren un menor grado de empirismo en el modelado de las micro escalas como la simulación directa de turbulencia (DNS por sus siglas en inglés) y la simulación de grandes vórtices (LES por sus siglas en inglés). Aprovechando el avance de la capacidad de procesamiento en paralelo de las últimas décadas y focalizando estas simulaciones en aspectos que involucran la producción energética y la sustentabilidad del medioambiente; B) Desarrollo de modelos macroscópicos para la descripción de flujos en medios porosos con apoyo de simulaciones numéricas detalladas. Con orientación a la producción energética y al caso de flujos turbulentos y; C) Estudio avanzado e implementación de resolutotes del tipo Euleriano y Lagrangiano para el transporte y reinicialización de la función de Level Set en problemas de flujo con superficie libre.

Summary: Problems involving complex flows are commonly found in engineering applications, atmospheric science, and geophysics. More specifically, examples of such flows can be found in multiphase flows (liquid fuel combustion, flows in porous media, mixing and transfer of oxygen in bubble plumes, etc.), turbulent flows (atmospherics dispersion, turbulent heat transfer, etc.) and free surfaces flows (fuel leakage, waves, etc.). In general, these complex systems are characterized by a large range of temporal and spatial scales and by complex geometries. These aspects make the accurate numerical simulation of such systems a challenge. This study seeks to obtain further knowledge and modeling capacity of complex flow system as those before mentioned. The three main areas selected to carry on the study are: A) Numerical simulation of multiphase flow. Techniques that minimize the modeling of the microscales of turbulence will be employed, such us Direct Numerical Simulation (DNS) and Large Eddy Simulation (LES). This can be achieved taking advantage of the performance of the parallel computing systems available today. This part of the study will be focus on problema related to energy production and environmental sustainability; B) Development of macroscopic models for porous media flows. Detailed numerical simulations will be employed to develop and validate the models. The main focus will be on turbulent flows and energy production; C) Study and implementation of Eulerian and Lagrangian solvers for the transport of the Level Set function in problem with free surface flows.