Caffa3d.MB : Paralelismo en Mecánica de los Fluidos Computacional

2. Caffa3d.MB : Paralelismo en Mecánica de los Fluidos Computacional Grupo de Mecánica de los Fluidos Computacional IMFIA – Facultad de Ingeniería 29 de Abril de 2010

3. 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

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

5. Los ‘nuevos’ coeficientes ‘inter-bloque’ son no-estructurados. Requiere correcciones en el solver. Montamos una lista de correspondencias en la interfaz. R 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’. P R E Método: Bloques de malla conectados

6. Interfaces ‘deslizantes’ El solver no precisa nuevos cambios. a 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

7. Ejemplo : Mezclador de paleta (~2D)

8. Uso de OpenMP: Basado en la misma estructura de bloques

9. Ejemplo: Mezclador de paleta a Re=1000 Ejemplo : Péndulo de paleta ‘pesada’ a Re=1000

10. 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

11. Extensión caffa3d.MB (I): • Flujo a superficie libre. • Método VOF incorporando una función ‘color’. • Este campo es advectado puramente, sin difusión. • Ubbink & Issa, (1999)

12. Extensión caffa3d.MB (II): • Flujo de aire frío sobre topografía durante heladas radiativas • Incorporación transferencia de calor radiante en la atmósfera.

13. 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 Speed up