Las condiciones de frontera en la dinámica de fluidos son el conjunto de restricciones a los problemas de valores de frontera en la dinámica de fluidos computacional . Estas condiciones de límite incluyen condiciones de límite de entrada, condiciones de límite de salida, condiciones de límite de muro, condiciones de límite de presión constante, condiciones de límite simétricas, condiciones de límite simétricas y condiciones de límite periódicas o cíclicas.
Los problemas transitorios requieren una cosa más, es decir, condiciones iniciales en las que los valores iniciales de las variables de flujo se especifican en los nodos del dominio de flujo. [1] Se utilizan varios tipos de condiciones de contorno en CFD para diferentes condiciones y propósitos y se analizan a continuación.
Condiciones de los límites de la entrada [ editar ]
En las condiciones de los límites de entrada , la distribución de todas las variables de flujo debe especificarse en los límites de entrada, principalmente la velocidad del flujo . [1] Este tipo de condiciones de contorno son comunes y se especifican principalmente cuando se conoce la velocidad del flujo de entrada.
Condición del límite de salida [ editar ]
En condiciones de límite de salida, es necesario especificar la distribución de todas las variables de flujo , principalmente la velocidad del flujo . Esto puede pensarse como una conjunción con la condición de límite de entrada. Este tipo de condiciones de contorno es común y se especifica principalmente cuando se conoce la velocidad de salida. [1] El flujo alcanza un estado de desarrollo completo en el que no se produce ningún cambio en la dirección del flujo cuando la salida se selecciona lejos de las perturbaciones geométricas. En dicha región, se podría delinear una salida y el gradiente de todas las variables podría equipararse a cero en la dirección del flujo, excepto la presión .
Condición de límite de no deslizamiento [ editar ]
El límite más común que se encuentra en los problemas de flujo de fluidos confinados es la pared del conducto. El requisito apropiado se denomina condición de límite de no deslizamiento , en la que el componente normal de la velocidad se fija en cero y el componente tangencial se establece igual a la velocidad de la pared. [1] Puede ir en contra de la intuición, pero la condición de no resbalar se ha establecido firmemente tanto en el experimento como en la teoría, aunque solo después de décadas de controversia y debate. [2]
Se puede especificar la transferencia de calor a través de la pared o, si las paredes se consideran adiabáticas , la transferencia de calor a través de la pared se establece en cero.
Condiciones límite de presión constante [ editar ]
Este tipo de condición límite se utiliza cuando se conocen los valores límite de presión y se desconocen los detalles exactos de la distribución del flujo. Esto incluye principalmente las condiciones de entrada y salida de presión. Los ejemplos típicos que utilizan esta condición de contorno incluyen flujos impulsados por flotabilidad, flujos internos con múltiples salidas, flujos superficiales libres y flujos externos alrededor de objetos. [1] Un ejemplo es la salida del flujo a la atmósfera donde la presión es atmosférica.
Condiciones de contorno axisimétricas [ editar ]
En esta condición de frontera, el modelo es simétrico con respecto al eje principal, de modo que en un r = R particular , todos los θ sy cada corte z = Z, cada variable de flujo tiene el mismo valor. [3] Un buen ejemplo es el flujo en una tubería circular donde el flujo y los ejes de la tubería coinciden.
Condición de frontera simétrica [ editar ]
En esta condición de frontera, se supone que en los dos lados de la frontera existen los mismos procesos físicos. [4] Todas las variables tienen el mismo valor y gradientes a la misma distancia del límite. Actúa como un espejo que refleja toda la distribución del flujo hacia el otro lado. [5] Las condiciones en el límite simétrico son sin flujo a través del límite y sin flujo escalar a través del límite.
Un buen ejemplo es el flujo de una tubería con un obstáculo simétrico en el flujo. El obstáculo divide el flujo superior y el flujo inferior como flujo reflejado.
Condición de contorno periódica o cíclica [ editar ]
Una condición de contorno periódica o cíclica surge de un tipo diferente de simetría en un problema. Si un componente tiene un patrón repetido en la distribución del flujo más de dos veces, violando así los requisitos de imagen especular requeridos para la condición de contorno simétrico. Un buen ejemplo sería la bomba de paletas barridas (Fig.), [6] donde el área marcada se repite cuatro veces en coordenadas r-theta. Las áreas cíclico-simétricas deben tener las mismas variables de flujo y distribución y deben satisfacer eso en cada Z-slice. [1]
Ver también [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las condiciones de contorno en la dinámica de fluidos computacional . |
- Acondicionamiento de flujo
- Problema de valor inicial
Notas [ editar ]
- ^ a b c d e f Henk Kaarle Versteeg; Weeratunge Malalasekera (1995). Introducción a la dinámica de fluidos computacional: el método de volumen finito . Longman Scientific & Technical. págs. 192–206. ISBN 0-582-21884-5.
- ^ Prabhakara, Sandeep; Deshpande, MD (1 de abril de 2004). "La condición de límite de no deslizamiento en mecánica de fluidos". Resonancia . 9 (4): 50–60. doi : 10.1007 / BF02834856 . ISSN 0973-712X . S2CID 124269972 .
- ^ "BC simétricos cíclicos" . Consultado el 9 de agosto de 2015 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "BC simétricos cíclicos" . Consultado el 10 de octubre de 2013 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "Condición de frontera simétrica" .
- ^ "BC simétricos cíclicos" . Consultado el 10 de octubre de 2013 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
Referencias [ editar ]
- Versteeg (1995). "Capítulo 9". Introducción a la dinámica de fluidos computacional El método de volumen finito, 2 / e . Longman Scientific & Technical. págs. 192–206. ISBN 0-582-21884-5.
