Time to Learn about FLOW-3D HYDRO | CFD Webinar

Introducción a Flow 3D Hydro

Presentación y Bienvenida

• La presentación comienza a la 1 p.m. en la costa este, dando la bienvenida a los asistentes.

• John Wendelberg, de Flow Science, se presenta y menciona su experiencia en modelado CFD ambiental.

Conexiones y Recursos

• Se invita a los participantes a conectarse con el equipo de Flow Science en LinkedIn para intercambiar información sobre sus trabajos.

• Se anticipa una discusión sobre la interfaz de usuario de Flow 3D Hydro, modelos disponibles, ejemplos prácticos y opciones de post-procesamiento.

Historia de Flow Science

Orígenes y Desarrollo

• La historia de Flow Science se remonta a los Laboratorios Nacionales de Los Álamos en los años 60, donde se desarrollaron métodos fundamentales para dinámica de fluidos.

• Fundada en 1980, Flow Science lanzó Flow 3D en 1985; ha evolucionado significativamente desde entonces.

Evolución del Software

• Flow 3D es una solución CFD multifísica que destaca por sus capacidades avanzadas para superficies libres.

• El software está optimizado para velocidad y eficiencia, permitiendo un análisis efectivo mediante herramientas como Flow 3D Post.

Aplicaciones Principales de Flow 3D

Diversidad en Aplicaciones

• Las aplicaciones principales incluyen fundición metálica, manufactura aditiva, soldadura e ingeniería civil; todas relacionadas con problemas de superficies libres.

Paquetes Derivados

• Existen paquetes específicos derivados como Flow 3D Cast (fundición), AM Weld (manufactura aditiva), y otros enfocados en microfluidos y recubrimientos.

Enfoque en Ingeniería Civil con Flow 3D Hydro

Áreas de Aplicación

• En ingeniería civil, las aplicaciones se dividen entre cinco áreas: presas y vertederos, infraestructura hidráulica, ríos y medio ambiente, tratamiento del agua y costas.

Objetivos del Modelado

• El objetivo es proporcionar una representación tridimensional precisa del flujo interactuando con entornos construidos o naturales.

Funcionalidades Avanzadas y Soporte al Usuario

Herramientas para Modeladores

• Se enfatiza el soporte al modelador mediante plantillas predefinidas para hidráulica superficial y transporte sedimentario.

Ejemplos Precargados

¿Cómo se utiliza la CFD para mejorar el modelado en ingeniería?

Interacción y análisis de resultados

• Se invita a los participantes a enviar correos electrónicos para recibir presentaciones interactivas sobre simulaciones y modelado, enfatizando la importancia de extraer información significativa de los resultados obtenidos.

Herramientas avanzadas de post-procesamiento

• Se presenta Flowfidy Post como una herramienta avanzada incluida con Hydro, destacando su capacidad para mejorar la precisión del modelado en comparación con métodos tradicionales.

• La CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) se utiliza para entender fallos en sistemas, como un fallo en un sistema de bombas debido a condiciones subatmosféricas que causaron daños significativos.

Importancia de la precisión en el modelado

• La precisión superior del modelado es crucial para tomar decisiones informadas sobre diseño o remedios, proporcionando confianza sobre el comportamiento futuro del sistema bajo diversas condiciones operativas.

Complementariedad con otras herramientas

• Se destaca que la CFD no reemplaza otras herramientas, sino que complementa prácticas existentes. Esto es esencial para integrar diferentes enfoques en el análisis ingenieril.

Correspondencia entre entornos construidos y CFD

• Se muestra cómo los modelos CFD pueden correlacionarse con estructuras físicas reales, utilizando ejemplos como estructuras de desvío y saltos hidráulicos, lo que demuestra la efectividad del modelado preciso.

¿Qué avances se han logrado en soluciones de alto rendimiento?

Ejemplos prácticos y resultados precisos

• Se presentan ejemplos como un salto hidráulico transitorio y un proyecto Jacob donde se comparan modelos a escala real con modelos CFD, mostrando una notable precisión.

Errores relativos mínimos

• El error relativo entre las superficies libres predichas por el modelo y las mediciones reales es mínimo (dígitos únicos), lo cual es un indicador excelente de la calidad del modelo.

Transición hacia Flow 3D Hydro: ¿qué beneficios ofrece?

Conservación de capacidades de modelado

• Al cambiar a Flow 3D Hydro, los usuarios no pierden capacidades actuales; al contrario, obtienen más funcionalidades relevantes para aplicaciones en ingeniería civil.

Soluciones accesibles gracias al hardware mejorado

• Los avances tecnológicos permiten ejecutar modelos complejos (como problemas hidráulicos con 11 millones de celdas) sin comprometer significativamente los tiempos de ejecución.

Post-procesamiento avanzado: ray tracing

Eficiencia en simulaciones modernas

Avances en Simulaciones de Dinámica de Fluidos

Eficiencia y Precisión en Simulaciones

• Se presenta un problema de 10 millones de celdas que se ejecuta con física de entrenamiento activada, completándose en aproximadamente ocho horas. Esto permite obtener resultados al día siguiente.

• La reducción del tiempo de ejecución mejora la rapidez en la obtención de soluciones, manteniendo una alta precisión. Las soluciones son significativamente más rápidas que las obtenidas en computadoras portátiles.

• Utilizando 160 núcleos en un clúster, tareas que normalmente tardarían una semana pueden completarse en pocas horas, lo que indica un avance hacia simulaciones de alta definición y precisión.

Procesamiento Posterior

• Se introduce Flow 3D Post, una interfaz dedicada al procesamiento posterior que permite visualizaciones en 3D y análisis detallados como cortes 2D y umbrales volumétricos.

• Los usuarios pueden graficar datos, calcular salidas y explorar líneas de corriente, facilitando el análisis exhaustivo de los resultados obtenidos.

Técnicas Avanzadas: Ray Tracing

• El ray tracing es una técnica para renderizar imágenes con apariencia fotorealista. Permite visualizar materiales como agua con efectos ópticos como refracción y reflexión.

• Esta técnica se ha vuelto accesible para los usuarios, mejorando la representación visual del flujo simulado.

Ejemplo Práctico: Configuración del Ray Tracing

• Para experimentar con ray tracing, se sugiere cargar un ejemplo preempaquetado llamado "overflow wear" y ajustar la resolución de malla a 0.2 metros para mejorar la calidad visual.

• En pruebas realizadas en una laptop con seis núcleos, el tiempo total fue razonable (una hora), permitiendo a los usuarios explorar opciones avanzadas dentro del software.

Optimización del Renderizado

• Al habilitar el ray tracing, es necesario seleccionar el material adecuado (agua vidriosa), además de crear un plano para reflejar los rayos trazados.

• Cambiar el trazador OSP a Path Tracer proporciona renderizados más sofisticados; aumentar los "samples per pixel" mejora notablemente la calidad visual aunque incrementa el tiempo requerido para procesar.

Visualización e Ingeniería Cuantitativa

¿Cómo se visualizan los flujos en simulaciones 3D?

Colores y características de los flujos

• La velocidad en las simulaciones puede ser representada por diferentes variables como temperatura, densidad o concentración de un escalar, lo que permite visualizar diversas propiedades del flujo.

• Se presenta una vista 2D que proporciona información diferente a la vista 3D, enfocándose en la parte inferior de la pantalla para observar detalles específicos del flujo.

Análisis del salto hidráulico

• Se observan características del salto hidráulico, comenzando con una ola que se ondula y luego se integra al flujo. Esta representación 2D ofrece información sobre el ancho transitorio que no es visible en la superficie iso 3D.

• Se discuten umbrales de volumen para capturar fenómenos dentro del flujo; se menciona un pluma de densidad como ejemplo visualizado en una sección 2D.

Concentración y análisis detallado

• En la simulación se analizan regiones con concentraciones específicas de sales, utilizando umbrales de volumen para extraer información relevante sobre la densidad del flujo.

• Se introduce el concepto de rejillas y elevaciones para obtener vistas más detalladas; esto ayuda a entender mejor las velocidades y direcciones del flujo.

Gráficos y análisis numérico

• Los gráficos son herramientas útiles para medir fuerzas sobre estructuras, como muros frente a olas solitarias. Esto permite obtener datos cuantitativos relevantes durante el análisis.

• Un ejemplo adicional muestra un canal de cribado donde se analiza el balance del flujo; se identifica un desbalance entre canales debido a cómo entra el flujo.

Soluciones propuestas y resultados

• Para resolver problemas identificados en el canal de cribado, se proponen placas deflectoras que equilibran el flujo entre los canales.

• Tras implementar soluciones, los resultados muestran un equilibrio perfecto entre los cuatro canales analizados.

Implicaciones y opciones de datos

• Se pueden añadir escaladores y partículas visuales para analizar flujos; sin embargo, lo más importante son las tasas reales de flujo medidas.

• Existen múltiples opciones para acceder a datos relevantes desde salidas seleccionadas hasta mediciones específicas mediante sondas o superficies de flujo.

¿Cómo se analizan los flujos en un agujero de erosión?

Opciones de post-procesamiento y visualización

• Se puede regresar a números enteros si se prefiere. La importancia del post-procesamiento es crucial, especialmente al analizar vórtices en situaciones de erosión, asegurando que el modelo capture correctamente estos fenómenos.

• En el contexto de un agujero de erosión, es fundamental observar cómo se comporta el flujo. Las salidas calculadas, como la disipación de energía, son útiles para entender la cantidad de energía que se está disipando en una salida o baño de impacto.

Estructuras y flujos hidráulicos

• Se presenta un chorro potente que debe ser controlado antes de entrar al canal. Se utiliza una estructura diseñada para disipar energía del chorro entrante.

• Se explora una superficie de flujo donde se analiza la energía hidráulica. Esto incluye el uso de planos de flujo y volúmenes muestreados para obtener datos precisos sobre el comportamiento del fluido.