Curso: Métodos Numéricos en Fenómenos de Transporte

Novedades

[14-08-2015] El dictado del curso durante 2015 comienza el Jueves 20 de Agosto 9 hs en el CIMEC

[29-09-2014] Material from "Course for OpenFOAM(R) developers" addressed as a part of ENIEF 2014 is available, see below

[09-04-2014] Se actualizó la página para el cursado 2014

[09-04-2014] Tareas propuestas para el 16-04-2014

• Instalación de alguna distribución de Linux (ver sección Software)
• Instalación de OpenFOAM(R) (ver sección Software)
• Lectura del apunte de Volúmenes Finitos (ver sección Bibliografía, pueden usar la versión transcripta, ante cualquier duda consultar con la original, avisar de las diferencias)
• Programación del caso de difusión estacionaria propuesto en el apunte

[16-04-2014] Tareas propuestas para el 23-04-2014

• Continuación de la programación del caso de difusión estacionaria propuesto en el apunte
• Reformular el código del ejercicio anterior para utilizar una condicion de borde Neumann en un extremo
• ¿Qué sucede en el caso de utilizar condiciones Neumann en ambos extremos?

[23-04-2014] Tareas propuestas para el 30-04-2014

• Resolver un problema de advección, difusión estacionario 1D con condiciones de borde Dirichlet phi(0)=0, phi(L)=1, utilizando a) un esquema centrado para el término de advección, b) un esquema upwindado. Hacer experimentos para 1) Pe>1 y 2) Pe<1 y obtener conclusiones. Seleccionar y mantener fijos los valores de v y nu. En el caso de Pe>1 tomar valores de Pe=5 y mayores. Recordar que Pe=v*h/nu, donde v es el modulo de la velocidad de advección, dx el paso de malla y nu la difusividad.
• Comparar en cada caso la solución numérica con la solución analítica (ver Sección 4.8 del apunte)

[26-04-2014] RECORDATORIO, el miércoles 30/4 no habrá teoría. La práctica será en horario normal.

[30-04-2014] Tareas propuestas para el 07-05-2014

• Repasar las soluciones de la tarea anterior mediante el script provisto: FVM_Adveccion_Difusion_1D
• Realizar los mismos ejercicios mediante OpenFOAM(R), visualizar en Paraview(R) mediante el comando: paraFoam -builtin. El filtro Plot over Line puede serles de utilidad
• Para el que quiera experimentar: extraer datos de la solución mediante el comando sample de OpenFOAM(R) (entrada en el manual), cargar los datos en el script de octave y comparar las soluciones

[07-05-2014] Tareas propuestas para el 14-05-2014

• Escribir un script para la solución de problemas de advección-difusión transitoria mediante los métodos Backward Euler, Forward Euler y Crank-Nicolson. Puede utilizar el propio como base o bien: FVM_Adveccion_Difusion_1D
• Resolver el caso para el 30-04 en forma no estacionaria mediante los tres métodos mencionados para Co>1 y Co<1, partiendo las soluciones phi(x,0)=0 y phi(x,0)=x.
• Para cada caso genere un gráfico mostrando la solución para distintos instantes de tiempo. Puede exportar el grafico desde octave utilizando print(-djpg, graph.jpg).
• Resuelva el caso de marras usando v=0, es decir dando difusión pura no estacionaria. Pruebe con diferentes pasos de tiempo desde 0.0001*tau a 1/2*tau (tau: tiempo aproximado evolución del transitorio), tanto para Forward Euler como Backward Euler. Describa aspectos sobresalientes del compartamiento de cada método.

[14-05-2014] Tareas propuestas para el 21-05-2014

• Mediante el script de advección-difusión no estacionaria previamente desarrollado resuelva un problema de advección pura con los siguientes parámetros: phi(0,t)=1, phi(x>0,0)=0, v=(1; 0; 0), L=2.
• Resolver hasta t=1 mediante esquemas UD y CD, para Co>1 y Co<1. Tome nota de las características más importantes de cada solución.

[21-05-2014] Tareas propuestas para el 28-05-2014

• Continuar la resolución del problema de la clase anterior tanto con octave como con OpenFOAM, resolviendo con Crank Nicolson como esquema temporal y UD y CD como esquemas de discretización espacial, para Co>1 y Co<1.
• Reformular el script utilizado para incorporar esquemas TVD. El planteo que hicimos en el pizarrón es válido para las funciones de Sweby [psi(r), Flux limiters], tomando gamma=psi(r).
• Recordar que para una malla equiespaciada fx_UD=1 y fx_CD=1/2
• Correr para Co<1 con los esquemas Blended (seleccionar el valor constante de gamma), MinMod, Superbee y van Leer
• Como verán el problema realmente es no-lineal, dado que para el calculo de la r de Sweby es necesario conocer phi. Una solución a la que se recurre comunmente es utilizar los valores del paso anterior para calcularla.

[28-05-2014] Tareas propuestas para el 04-06-2014

• Tal como hablamos en la práctica quedó planteado el trabajo práctico de Transporte Escalar. La fecha de entrega es el 18-06. Esta fecha es inamovible, quienes entreguen posteriormente tendrán descuento de puntaje. El trabajo es individual, puede haber consultas entre los alumnos, sin embargo cada uno debe entregar su propio informe. Los días 04-06 y 11-06 tendremos consultas de los ejercicios.
• El enunciado y material adjunto para la realización del trabajo práctico están en el archivo TP1_Transporte_Escalar.zip

[03-07-2014] Tareas propuestas para el 24-07-2014

• Tal como hablamos en la práctica quedó planteado el trabajo práctico de Transporte Vectorial. La fecha de entrega es el 24-07. Esta fecha es inamovible, quienes entreguen posteriormente tendrán descuento de puntaje. El trabajo es individual, puede haber consultas entre los alumnos, sin embargo cada uno debe entregar su propio informe. Dado que estamos en receso las consultas serán a pedido en días a coordinar, también pueden consultar por correo electrónico.
• El enunciado del trabajo práctico está en el archivo TP2_Flujo.pdf

Ver novedades anteriores

Descripción y materiales

Responsables del curso:

• Dr. Norberto Nigro norberto.nigro@cimec.santafe-conicet.gov.ar
• Dr. Santiago Márquez Damián santiagomarquezdf@gmail.com(co-responsable)
• Mag. Juan Marcelo Gimenez jmarcelogimenez@gmail.com(colaborador)

Objetivos del curso

Brindar las herramientas minimas necesarias para poder usar y desarrollar software relacionado con la resolucion de una gran variedad de modelos matematicos muy usados en la Mecanica de Fluidos, en especial en situaciones donde existe flujo de fluidos incompresibles y compresibles, laminares y turbulentos, viscosos e inviscidos, estacionarios y transitorios en dominios unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. Dotar al alumno de conocimientos para poder analizar los modelos matematicos mas usados en la simulacion computacional de la mecanica de fluidos.

Enseñar a usar software para resolver problemas académicos con especial énfasis en la introducción de parámetros, condiciones de contorno y condiciones iniciales.

Conocimientos previos requeridos

• Mecánica de fluidos.
• Calculo numerico.

Modalidad del dictado

1 clase semanal teorica de 3 horas y 1 clase semanal de practica de 3 horas en laboratorio donde se enseñe el uso del software y se realicen los trabajos practicos.

• Teoria: 45 horas
• Coloquio y/o practica, en el aula o en el laboratorio: 45 horas
• Total : 90 horas
• Duracion (en semanas): 15 semanas.

Horarios

• Horario:
  • Teoria: miércoles de 9:00-12:00 (Sala de Reuniones CIMEC)
  • Práctica: miércoles de 15:00-18:00 (Sala de Reuniones CIMEC)
• Fecha de inicio del dictado: 8 de abril de 2014
• Lugar: Predio CONICET Santa Fe, Edificio Intec III, Sala de Reuniones (ver http://www.cimec.org.ar/twiki/bin/view/Cimec/CimecLocation)

Formas de evaluacion

• Número de examenes: 1
• Número de trabajos prácticos: 2
• Tipo y duración del examen: El examen consistira en la resolucion de un problema usando metodos numericos.
• Tiempo previsto: Una jornada de trabajo. Entrega del problema por la manana y entrega de la solucion a ultima hora del dia.
• Requisitos de aprobación: La aprobación del curso requiere la ejecución de los dos trabajos prácticos y el examen final.

Programa sintetico:

Parte 1 (Básico)

• Programa del curso

Bibliografia:

• Bibliografia especifica (a usar en el curso)
  • Numerical computation of internal and external flows. Hirsch. Vol I y II. Ed. J. Wiley 1990
  • Computational Methods for fluid dynamics J. Ferziger and M. Peric. Ed. Springer 1996
  • Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows. Hrvoje Jasak, PhD Thesis, 1996
  • An Extended Mixture Model for the Simultaneous Treatment of Short and Long Scale Interfaces. Santiago Márquez Damián, PhD Thesis, 2013
  • Apunte de discretización por Volúmenes Finitos. Santiago Márquez Damián, Santiago Costarelli

Cupo de alumnos

No hay cupo

Material

• curso.pdf: Apunte de Métodos Numéricos en Fenómenos de Transporte
• HrvojeJasakPhD.pdf: Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows
• Santiago_Marquez_Damian_PhD_Thesis.pdf: An Extended Mixture Model for the Simultaneous Treatment of Short and Long Scale Interfaces
• Apunte_FVM.pdf: Apunte de discretización por Volumenes Finitos (versión original)
• chapter1_FVM.pdf: Apunte de discretización por Volumenes Finitos (transcripción de Santiago Costarelli)

Software

• Ubuntu Linux: Distribución de GNU Linux recomendada para quienes no dispongan de una instalada
• GeekoCFD: Distribución de GNU Linux orientada a Mecánica Computacional de Fluidos
• OpenFOAM: Software de CFD por volúmenes finitos
• GNU Octave: Lenguaje de cálculo científico interpretado

Comandos útiles de la consola de Linux

ls: listar directorio

man: solicitar páginas de manual de un comando

ls -lhtr: listar completo, en formato legible por humanos ordenado en forma inversa por tiempo

cd: cambiar de directorio

mkdir: creacr directorio

cp: copiar

rm: borrar

diff: diferencia entre archivos

cd -: volver el directorio anterior

rmdir: borrar directorio (para directorios vacíos)

rm -r: borrado recursivo

mv: mover

less: paginador

cat: concatenar (sirve para mostrar contenido de archivos a pantalla)

grep: busca cadenas expresiones en archivos

grep -r: igual anterior en forma recursiva en el árbol de directorios

| (pipe): concatena comandos tomando la salida del primero como entrada del segundo

cut: corta salida en columnas

xargs: toma cada una de las lineas de salida de un comando como el argumento para la ejecución del comando siguiente

find: buscar archivos

Material de ediciones anteriores del curso

• Apuntes flujo incompresible (Mario Storti) https://cimec.org.ar/~mstorti/cursos/curso-cfd-incompresible.pdf
• Esta actualizado el apunte, incluyendo los capitulos 8 "Analisis de esquemas numericos" y 9 "Metodos Iterativos". Apunte: <a href="/foswiki/pub/Main/Cimec/CursoCFD/curso.pdf">curso.pdf</a> [Actualizado 24/feb/2006 10:56]
• Material para Trabajos Practicos <a href="/foswiki/pub/Main/Cimec/CursoCFD/cfd_fich_2003.zip">cfd_fich_2003.zip</a>
• [2007-05-25 14:37:51] Guia de Trabajos Practicos: Metodo de Diferencias Finitas: <a href="/foswiki/pub/Main/Cimec/CursoCFD/guia-fdm.pdf">guia-fdm.pdf</a>.
• Examples_theory.tar: Examples (routines) used in the theory
• FDM.tgz: Rutinas de diferencias finitas 1D y 2D para conduccion del calor
• my_tools.tgz: MY_TOOLS ( rutinas utilitarias para simulacion)
• TDE.zip: Material curso Transferencia de Energía

• El primer examen se realizara aproximadamente en la semana 7 del curso y el examen final durante la ultima semana del curso.
• Para poder rendir el examen final es requisito aprobar el primero para lo cual hay previsto un unico recuperatorio del mismo en la semana 10.
• Se preve un unico recuperatorio del examen final a los 15 dias de finalizado el curso.
• La evaluacion final del curso debera estar terminada a los 21 dias de finalizado el curso.

Parte 2 (Avanzado)

1. Modelos numericos en sistemas advectivos difusivos generales. El caso de flujo compresible y shallow-water
2. Modelos numericos en flujo incompresible
3. Modelado numerico de la turbulencia

• • Computational Fluid Dynamics Volume I y II, K. Hoffmann and S. Chiang
  • Computational Gas Dynamics, Laney
  • Turbulence modeling for CFD, Wilcox

• Bibliografia basica (para repaso)
  • Finite elements and approximations, O. Zienkiewicz and K. Morgan
  • Numerical grid generation. Foundations and applications, J. Thompson, Z. Warsi and C. Mastin. Ed. North Holland 1985
  • Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, D. Anderson, J. Tannehill and R. Pletcher

Course for OpenFOAM(R) developers

• OF_Developers_Course.pdf: Slides
• exercises.tar.gz: Section 2 cases
• myInterFoam.tar.gz: Section 2 solvers
• myPisoFoam.tar.gz: Section 2 solvers
• parabolicVelocityFvPatchVectorField.tgz: Section 4, boundary condition programming
• pitzDailyCS.tar.gz: Section 5 case
• scalarTransportFoamCS.tar.gz: Section 5 solver