Resolución de las Ecuaciones de Euler por el Método de Volúmenes Finitos Aplicado al Problema de una Onda de Choque en un Tubo (Shock Tube Problem)

Abstract

El Laboratorio de Simulación y Cálculo Numérico (SiCaNLab) de la Facultad de Ingeniería del Ejército ha decidido iniciar un estudio de manera evolutiva de la fenomenología de las detonaciones haciendo uso de las bondades presentadas por observaciones y análisis del fenómeno in silico. Una progresión lógica de lo mencionado es el abordaje de las ondas de expansión, compresión y choque, sin el sostenimiento brindado por una reacción química propia de una onda de detonación. En el documento se presenta el análisis realizado sobre el problema de una onda de choque en un tubo habiendo utilizado como herramientas un software comercial para CFD y la programación en un lenguaje interpretado de alto nivel. El problema fue estudiado y resuelto analíticamente en una dimensión por Gary Sod en 1978, convirtiéndose así en una herramienta útil de análisis de modelos para ondas de choque. El objetivo de este trabajo es simular una onda de choque en un tubo y realizar un comparativo entre los resultados del código elaborado por el método de volúmenes finitos en Matlab(R), la solución obtenida con el software comercial ANSYS Fluent(R) y la solución analítica comentada. El trabajo describe el problema, el set up implementado y los resultados obtenidos. Poder lograr lo mencionado precedentemente proporciona una herramienta académica esencial para ser utilizada y ofrecida a los alumnos al momento de adentrarse en el estudio de la "detónica", denominación que se le dá al estudio científico de los fenómenos físico-químicos de una detonación y sus interacciones. El camino propuesto -utilización de herramientas de cálculo y simulación numérica- permitirá alcanzar una captación y entendimiento exponencial del fenómeno estudiado respecto de la manera clásica de estudio, sin la utilización de métodos numéricos.