Datos Identificativos 2019/20
Asignatura (*) Volúmenes Finitos en CFD Código 730497222
Titulación
Mestrado Universitario en Enxeñaría Industrial (plan 2018)
Descriptores Ciclo Periodo Curso Tipo Créditos
Máster Oficial 1º cuatrimestre
Segundo Optativa 4.5
Idioma
Castellano
Modalidad docente Presencial
Prerrequisitos
Departamento Enxeñaría Naval e Industrial
Coordinador/a
Lema Rodríguez, Marcos
Correo electrónico
marcos.lema@udc.es
Profesorado
Gosset , Anne Marie Elisabeth
Lema Rodríguez, Marcos
López Peña, Fernando
Correo electrónico
anne.gosset@udc.es
marcos.lema@udc.es
fernando.lopez.pena@udc.es
Web
Descripción general Esta materia que forma parte do módulo de optatividad de métodos computacionales para os medios continuos constitúe unha introdución ao método de volumes fínitos habitualmente utilizado nos códigos de Dinámica de Fluídos Computacional ( CFD). A partir das ecuacións de Navier- Stokes en forma conservativa obtidas na materia de "Métodos computacionales para medios continuos", o método aplicarase a casos básicos como os problemas de difusión pura, e de convección-difusión. Realizarase en Matlab a resolución numérica da ecuación de condución de calor e dun problema sinxelo de convección difusión, ambos en 1D. Os principais métodos de axuste presión-velocidade para a resolución das ecuacións de Navier- Stokes serán presentados, así como a súa implementación no código CFD de fonte aberto OpenFoam, coa resolución dun caso sinxelo. Finalmente, estudaranse os esquemas de discretización temporal coa resolución dun caso transitorio con OpenFoam. Ao cabo desta materia, o alumno terá as ferramentas conceptuais necesarias para levar a cabo simulacións CFD máis complexas.

Plan de contingencia

Competencias del título
Código Competencias del título
A4 ETI4 - Capacidad para el análisis y diseño de procesos químicos.
A5 ETI5 - Conocimientos y capacidades para el diseño y análisis de máquinas y motores térmicos, máquinas hidráulicas e instalaciones de calor y frío industrial
A20 EI4 - Conocimiento y capacidades para el proyectar y diseñar instalaciones eléctricas y de fluidos, iluminación, climatización y ventilación, ahorro y eficiencia energética, acústica, comunicaciones, domótica y edificios inteligentes e instalaciones de Seguridad.
B1 G1 Tener conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos en la Ingeniería Industrial.
B2 G2 Proyectar, calcular y diseñar productos, procesos, instalaciones y plantas.
B5 G5 Realizar la planificación estratégica y aplicarla a sistemas tanto constructivos como de producción, de calidad y de gestión medioambiental.
B6 CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
B13 G8 Aplicar los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y multidisciplinares.
B16 G11 Poseer las habilidades de aprendizaje que permitan continuar estudiando de un modo autodirigido o autónomo.
C1 ABET (a) - An ability to apply knowledge of mathematics, science, and engineering.
C3 ABET (c) - An ability to design a system, component, or process to meet desired needs within realistic constraints such as economic, environmental, social, political, ethical, health and safety, manufacturability, and sustainability.
C8 ABET (h) - The broad education necessary to understand the impact of engineering solutions in a global, economic, environmental, and societal context.
C9 ABET (i) - A recognition of the need for, and an ability to engage in life-long learning.
C11 ABET (k) - An ability to use the techniques, skills, and modern engineering tools necessary for engineering practice.

Resultados de aprendizaje
Resultados de aprendizaje Competencias del título
Saber aplicar el método de volúmenes finitos a problemas de difusión, y convección difusión y programarlo en Matlab. AP4
AP5
AP20
BP1
BP2
BP5
BP6
BP13
BP16
CP1
CP3
CP8
CP9
CP11
Conocer las características de los diferentes esquemas de discretización, y saber elegir el más adecuado para un problema dado. BP1
BP2
BP5
BP6
BP13
BP16
CP1
CP8
CP9
CP11
Comprender los métodos de acoplamiento presión-velocidad. AP4
AP5
AP20
BP1
BP2
BP5
BP6
BP13
BP16
CP1
CP3
CP8
CP9
CP11

Contenidos
Tema Subtema
TEMA 1. Método de volúmenes finitos para problemas de difusión - Ecuación de difusión estacionaria en 1D
- Resolución numérica de la ecuación de conducción de calor en 1D (sin y con término fuente de calor). Ejemplo desarrollado en prácticas.
- Resolución numérica de la ecuación de conducción de calor en 1D con enfriamiento por convección. Ejemplo desarrollado en prácticas.
- Ecuación de difusión estacionaria en 2D
TEMA 2. Método de volúmenes finitos para problemas de convección-difusión - Ecuación de convección difusión estacionaria en 1D
- Los esquemas de discretización y sus propiedades.
- Esquema de diferenciación central. Ejemplo desarrollado.
- El esquema upwind. Ejemplo desarrollado.
- Otros esquemas para resolver dificultades específicas.
TEMA 3. Acoplamiento presión-velocidad en movimientos estacionarios - El concepto de malla ‘’staggered’’
- Discretización de la ecuación de cantidad de movimiento
- El algoritmo SIMPLE
- El algoritmo PISO
- Ejemplo desarrollado del algoritmo SIMPLE : Flujo incompresible e no viscoso en un conducto de sección constante.
- Implementación del método SIMPLE en en código CFD OpenFoam : Estudio del solver simpleFoam. Resolución de un caso sencillo.

TEMA 4. Método de volúmenes finitos para movimientos no estacionarios - Ecuación de conducción de calor no estacionaria en 1D
- Esquemas de discretización temporal
- El algoritmo PISO para movimientos no estacionarios
- Resolución de un caso transitorio con OpenFoam
TEMA 5. Condiciones de contorno - Condiciones de entrada
- Condiciones de salida
- Condiciones de pared
- Condiciones de simetría
- Reglas generales y trucos

Planificación
Metodologías / pruebas Competéncias Horas presenciales Horas no presenciales / trabajo autónomo Horas totales
Prácticas a través de TIC A4 A5 A20 B2 B5 B13 B16 B6 C1 C3 C8 C11 6.5 19.5 26
Trabajos tutelados A4 A5 A20 B1 B2 B13 B16 B6 C1 C3 C8 C9 C11 5 24.5 29.5
Sesión magistral A4 A5 A20 B1 B16 B6 C1 C8 C9 C11 20 37 57
 
Atención personalizada 0 0
 
(*)Los datos que aparecen en la tabla de planificación són de carácter orientativo, considerando la heterogeneidad de los alumnos

Metodologías
Metodologías Descripción
Prácticas a través de TIC Metodología que permite al alumnado aprender de forma efectiva, a través de actividades de carácter
práctico (demostraciones, simulaciones, etc.) la teoría de un ámbito de conocimiento, mediante la utilización de las tecnologías de la información y las comunicaciones.
Trabajos tutelados Metodología diseñada para promover el aprendizaje autónomo de los estudiantes, bajo la tutela del profesor y en escenarios variados (académicos y profesionales). Está referida prioritariamente al aprendizaje del "cómo hacer las cosas". Constituye una opción basada en la asunción por los estudiantes de la responsabilidad por su propio aprendizaje. Este sistema de enseñanza se basa en dos elementos básicos: el aprendizaje independiente de los estudiantes y el seguimiento de ese aprendizaje por el profesor tutor.
Sesión magistral Exposición oral complementada con el uso de medios audiovisuales y la introducción de algunas preguntas dirigidas a los estudiantes, con la finalidad de transmitir conocimientos y facilitar el aprendizaje.

Atención personalizada
Metodologías
Prácticas a través de TIC
Trabajos tutelados
Descripción
Las prácticas consisten en la implementación y resolución de las ecuaciones en el código Matlab. Esta actividad se llevará a cabo con el apoyo del profesor en todos los pasos.
El trabajo tutelado será derivado de estas implementaciones, con la resolución de un caso práctico y su validación con datos de referencia. El profesor responderá de forma personalizada a todas las dudas y preguntas que aparecen a lo largo de la actividad.

Evaluación
Metodologías Competéncias Descripción Calificación
Prácticas a través de TIC A4 A5 A20 B2 B5 B13 B16 B6 C1 C3 C8 C11 La realización de las prácticas con Matlab se valorará por un 30% de la nota final de la asignatura. Consiste en la implementación de métodos numéricos básicos para la resolución de ecuaciones sencillas en 1D. La evaluación se hará en base al trabajo del alumno en el aula y un informe sobre su código comentado. 30
Trabajos tutelados A4 A5 A20 B1 B2 B13 B16 B6 C1 C3 C8 C9 C11 En base a la códigos numéricos implementados en las prácticas, cada alumno realizará la resolución de un caso práctico sencillo y comparará de forma crítica sus resultados con datos de referencia. Se evaluará el trabajo en base a un informe breve del alumno. 70
 
Observaciones evaluación

En esta asignatura no se acepta dispensa académica.


Fuentes de información
Básica H K Versteeg, W. Malalasekera (2007). An introduction to Computational Fluid Dynamics. Pearson. Prentice Hall
J H Ferziger, M. Peric (2001). Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer
C J Greenshields (2018). OpenFoam User guide. The OpenFoam Foundation

Complementária


Recomendaciones
Asignaturas que se recomienda haber cursado previamente
Ingeniería Térmica/730497205

Asignaturas que se recomienda cursar simultáneamente
Métodos Computacionales para los Medios Continuos/730497221

Asignaturas que continúan el temario
Proceso de Simulación CFD/730497223

Otros comentarios

El alumno ha de adquirir en sus estudios anteriores competencias en mecánica de fluídos y métodos numéricos equivalentes a las que se adquiren en un grado de ingeniería industrial.

Para ayudar a conseguir un entorno inmediato sostenido y cumplir con el objetivo de la acción número 5: “Docencia e investigación saludable y sustentable ambiental y social” del "Plan de Acción Green Campus Ferrol":

La entrega de los trabajos documentales que se realicen en esta materia:

* Se solicitarán en formato virtual y/o soporte informático

* Se realizará a través de Moodle, en formato digital sin necesidad de imprimirlos;

* En caso de ser necesario realizarlos en papel:

o No se emplearán plásticos

o Se realizarán impresiones a doble cara.

o Se empleará papel reciclado.

o Se evitará la impresión de borradores.



(*) La Guía Docente es el documento donde se visualiza la propuesta académica de la UDC. Este documento es público y no se puede modificar, salvo cosas excepcionales bajo la revisión del órgano competente de acuerdo a la normativa vigente que establece el proceso de elaboración de guías