Escuela Militar de Aviación “Marco Fidel Suárez”
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En la ilustración anterior se esquematiza el enfoque de comparación entre el ensayo experimental (en verde) y la simulación por ordenador (en azul). El ensayo experimental corresponde con la captación de una pluma limpia y su posterior calibración. Mientras que la simulación está compuesta de los bloques de CFD, Generación de la Línea de visión y Modelo de Radiación. Tras cada ciclo de simulación, la imagen resultante se comparará con la experimental hasta aproximarse a la imagen experimental. Una vez hayan acabado los ciclos de retroalimentación, el resultado del CFD proporcionará la visión completa de las variables de interés de la pluma.
8.1. Simulación numérica El primer bloque a tener en cuenta son las simulaciones CFD (Computational Fluids Dynamics). La importancia de este bloque radica en la posibilidad de obtener las variables necesarias (composición, temperatura, presión) para la futura generación de la emisión de radiación de la pluma. Para ello, los métodos numéricos hacen uso de las leyes que rigen el comportamiento fluidodinámico, ecuaciones de Navier-Stokes, y a través de distintos modelos, permiten un cálculo detallado de estas variables. El primer paso es la discretización del espacio bajo estudio mediante un mallado. En cada una de las celdas de esta malla se resolverán las distintas ecuaciones expuestas a continuación. La calidad de la malla es determinante para la obtención de resultados fiables. Además, para disminuir el coste computacional de las simulaciones, es conveniente realizar un análisis de sensibilidad de la malla con el fin de determinar el número mínimo de elementos que permiten una resolución fiable del campo fluido. Debido a la imposibilidad de la resolución directa de las ecuaciones de Navier-Stokes, se aplica la descomposición de Reynolds (RANS: Reynolds-averaged Navier-Stokes equations), definiendo las variables instantáneas como la suma de la variable promediada más la fluctuación. Estas ecuaciones necesitan de la asunción de Boussinesq que permite definir el esfuerzo viscoso aparente a través del coeficiente de viscosidad de turbulencia. Para determinar esta viscosidad turbulenta se hace uso de modelos de turbulencia que añaden ecuaciones a resolver. El modelo más adecuado para este tipo de simulaciones suele ser el k-ω-SST (Shear Stress Transport). Este modelo aplica las ecuaciones de k-ω en zonas cercanas a la pared, Reynolds bajos, y se va transformando al modelo k-ε a medida que aumenta el número de Reynolds, lejos de paredes. Por otro lado, el transporte y reacciones de las especies presentes se lleva a cabo con el modelo EDC (Eddy-Dissipation Concept) el cual supone que las reacciones suceden en pequeñas estructuras turbulentas y son gobernadas por las velocidades de Arrhenius. Un tema muy importante en las simulaciones son los mecanismos
