Implementación de métodos numéricos basados en el modelo de Lattice Boltzmann para aplicaciones en dinámica de fluidos computacional
Date
2021Author
Soto Saray, Esteban Camilo
Hashtag(s)
#IngenieríaAmbientalMetadata
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Abstract
Con relación a lo desarrollado en este proyecto, se tiene la implementación del método Lattice Boltzmann (LBM) para la simulación de flujos alrededor de un circulo a diferentes números de Reynolds, mediante el lenguaje de programación Python; haciendo uso de la librería pylbm la cual permitió realizar un modelo D2Q9 (dos dimensiones y nueve velocidades), brindando una aproximación numérica a las soluciones relacionadas con las ecuaciones incompresibles de Navier-Stokes (NS). Como parte del componente primario revisado para la implementación de este modelo, se desarrollaron simulaciones mediante funciones de equilibrio que relacionan los momentos y las velocidades del sistema partiendo de los conceptos definidos en mecánica de fluidos; consecutivamente, se aplicó el mecanismo BGK (Bhatnagar-Gross-Krook) relacionado al proceso de transmisión y propagación fundamentados en la teoría cinético molecular de la materia. Por otro lado, se realizó la discretización espacial y temporal por medio de arreglos regulares de celdas, que hacen parte de una estructura Euclidiana, mediante autómatas celulares con el fin de clasificar reglas de actualización que determinan la evolución espacio-temporal del sistema dinámico propuesto. Finalmente, como parte de los resultados de este proyecto y con base a las simulaciones adelantadas, se evidencio el campo de velocidades proyectado por el movimiento del fluido a través del cuerpo sólido, caracterizados por diferentes números de Reynolds mostrando la importancia de los arreglos estructurales en el movimiento y transporte de fluidos.
Summary in foreign language
In relation to what has been developed in this project, the implementation of the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the simulation of flows around a circle at different Reynolds numbers was carried out using the Python programming language, making use of the pylbm library, which allowed a D2Q9 model (two dimensions and nine speeds) to be created, providing a numerical approximation to the solutions related to the incompressible NavierStokes (NS) equations. As part of the primary component reviewed for the implementation of this model, simulations were developed using equilibrium functions that relate the moments and velocities of the system based on the concepts defined in fluid mechanics; consequently, the BGK (Bhatnagar-Gross-Krook) mechanism related to the transmission and propagation process based on the kinetic molecular theory of matter was applied. On the other hand, the spatial and temporal discretisation was carried out by means of regular arrays of cells, which are part of a Euclidean structure, by means of cellular automata in order to classify update rules that determine the spatio-temporal evolution of the proposed dynamic system. Finally, as part of the results of this project and based on the simulations carried out, the velocity field projected by the movement of the fluid through the solid body was demonstrated, characterized by different Reynolds numbers, showing the importance of the structural arrangements in the movement and transport of fluids.
Palabras clave
Ingeniería ambientalCollections
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