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Presentación FLOW3D - Aplicaciones MARITIMAS 2017

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FLOW-3D es el más moderno y preciso software de simulación para ingeniería marítima. Permite simular la evolución del fluido en sistemas 3D.
Su motor de cálculo es robusto, estable, preciso y muy rápido. Permite evitar costosos hardware de cálculo (cluster) para realizar simulaciones completas para aplicaciones marítimas.
FOW3D le permite simular:
- Drag de buques
- Movimiento de sistemas flotantes: moorings, estructuras offshore.
- Diseño de Amarres
- Sloshing de fluidos en depósitos
- Oleaje en escolleras,
- Erosión en costas
- Sistemas de amortiguamiento de energía
- Diseño de muelles, puertos
- Sistemas de generación de energía mediante olas, mareas, sistemas rotativos, etc.

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Presentación FLOW3D - Aplicaciones MARITIMAS 2017

  1. 1. Aplicacion: MARITIMA Septiembre 2017
  2. 2. Indice de contenidos • SyP (Distribuidor) // FSI (Desarrollador) • Productos: FLOW-3D ® // FLOW-3D Cast ® // FlowSight ® • Ventajas competitivas: Operativas // Técnicas • Validaciones experimentales • Capacidades de modelado para aplicaciones marítimas.
  3. 3. Simulaciones y Proyectos, SL Empresa distribuidora del software • Actividad y crecimiento desde el año 2006 • Especialización en simulación numérica (CFD general, Fundición, FEA) • Distribución y soporte técnico de software CAD/CAE de primer nivel • Personal altamente cualificado para asistencia y formación. • Alto nivel de implicación con los Clientes (asistencia técnica, customizaciones, formación,…) • Importante cartera de Clientes
  4. 4. Flow Science Inc Empresa desarrolladora del software • Multinacional fundada en 1980. Originada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU) • Primera licencia comercial de FLOW-3D lanzada en 1985 • Desarrolla y comercializa FLOW-3D así como los productos asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D MP • Ofrece servicios de HPC (High Performance Computing) a distancia. Vista de Los Alamos National Labs Headquarters en Santa Fe, NM, USA
  5. 5. Flow Science Inc Distribución mundial
  6. 6. Ventajas competitivas Operativas • Funcionamiento en red (sin coste adicional) • Con 1 licencia de solver se dispone de 999 licencias de pre y post. • Opción de realizar cálculos en remoto (sin coste adicional) • Opción de leer la licencia en remoto (sin coste adicional) • Versión SMP Shared Memory Protocol (32 cores versión de partida) • Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN • Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional) • Opciones de Alquiler-Hasta-Compra
  7. 7. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre. • Además de aplicaciones marítimas, es empleado en muchas otras aplicaciones donde es referente: • Emplea el método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference Method para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes 3D • Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES, etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas
  8. 8. Ventajas competitivas Técnicas • ¿Por qué FLOW-3D ® está siendo cada vez más aplicado como herramienta fundamental para las aplicaciones marítimas? – INTERFAZ DE USUARIO – Intuitivo, Productivo, Vistoso – SOLVER MULTIFÍSICO – Optimizado para superficie libre. – RAPIDEZ DE CÁLCULO – Modela únicamente 1 fluido (agua) – PRECISIÓN – Ampliamente validado, desarrollado desde hace más de 35años
  9. 9. Ventajas competitivas Técnicas INFERFAZ DE USUARIO (GUI) • Sencillo manejo • Todo incluido – No requiere herramientas externas desde el Setup hasta el postprocesado. • Diferentes formatos de mallado • Condiciones de contorno específicas para aplicaciones marítimas y costeras. • Postprocesador de última generación • Generador de eventos • Customizable por el usuario
  10. 10. Ventajas competitivas Técnicas SOLVER MULTIFÍSICO • Solver robusto, potente y estable en el cálculo. • Capacidades multifísicas: Aireación, cavitación, etc. • Varios modelos de turbulencia implementados (k-e, k-w, LES) • Algoritmo específico mejorado TruVOF® para resolución de superficie libre de fluido requiriendo solamente resolver 1 fluido (agua) en lugar de 2 como el método tradicional VOF (también implementado) • Resolución precisa de drag y pérdidas de carga en pared de forma precisa gracias al Inmerse Boundary Method
  11. 11. Ventajas competitivas Técnicas RAPIDEZ DE CÁLCULO • Su método TruVOF solamente requiere resolver las ecuaciones del fluido más denso en superficie libre. • La versión standard es SMP para 32 cores con un excelente cálculo paralelo.  Importante ahorro en tiempo de cálculo. • Existe opción de cálculo HPC mediante la licencia FLOW3D MP ® para cálculo en cluster. • Opción de interfaz de usuario y cálculo en cluster. Ejemplo POD (Penguin On Demand)
  12. 12. Excelente precision en la Interacción Fluido-Estructura Superfice Libre FLOW-3D ® modela la superficie libre mediante un sencillo y robusto algoritmo Volume of fraction method (VOF): • No resuelve las ecuaciones de la dinámica de los gases o voids (La dinámica de los gases no es relevante); en consecuencia el cálculo es más rápido. • Registra el cambio de VOF en una celda mediante ecuaciones de transporte. • Celdas con VOF<1 y con al menos una celda adyacente llena es considerada de superficie.
  13. 13. Excelente precision en la Interacción Fluido-Estructura Ejemplos:
  14. 14. Excelente precision en el acoplamiento Fluido-Estructura Visualizado de elementos móviles (GMO model) FLOW-3D ® tiene la capacidad de modelización de sólidos en movimiento con hasta 6 grados de libertad. • Total acoplamiento Fluido-Estructura • Simulación de buques, artefactos offshore, convertidores de energía, etc.
  15. 15. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura Visualizado de elementos móviles con superficie libre Ejemplo:
  16. 16. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura Visualizado de elementos móviles con superficie libre Ejemplo: Tank Sloshing
  17. 17. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura Fluid Structure Interaction model (FSI model) Además de la interacción fluido-estructura con respecto al movimiento, FLOW-3D ® tiene la capacidad de calcular el estrés mecánico o térmico debido a las fuerzas que puede ejercer un fluido o a los gradientes térmicos dentro de los elementos móviles. El mallado por su parte, es de tipo conformado pudiendo crearlo a partir del mallado estructural de FLOW-3D ® sin necesitad para el usuario de introducir datos adicionales o mediante la importación de una malla conforme en formato EXODUS II.
  18. 18. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura FSI model Ejemplo:
  19. 19. Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación Cavitación: • Los efectos de la cavitación sobre los artefactos marítimos son principalmente la disminución de su durabilidad por la erosión y eficiencia (por ejemplo, las hélices de buques durante su funcionamiento pasan de zonas de alta a baja presión continuamente). FLOW-3D® dispone de 3 modelos para predecir la cavitación: • Potencial de cavitación • Modelo pasivo de cavitación • Modelo activo de cavitación
  20. 20. Modelo de potencial de cavitación • Calcula la probabilidad dentro del dominio computacional de que se genere cavitación pero no calcula el transporte ni la apertura de las burbujas. • El tiempo de cálculo es menor. Modelo pasivo de cavitación • El algoritmo predice la generación de burbujas y realiza el seguimiento (transporte por el fluido). • No permite la apertura la apertura de las burbujas. Modelo activo de cavitación • El algoritmo predice la generación de burbujas y realiza el seguimiento (transporte por el fluido). • Si calcula la generación de burbuja Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación
  21. 21. Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación Ejemplo: High Speeed Bullet
  22. 22. Postprocesador de última generación - FlowSight ® FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®
  23. 23. Capacidades adicionales de modelado Wave boundary condition FLOW3D® tiene la capacidad de añadir una condición de contorno de tipo onda que puede asumir varias configuraciones según los siguientes modelos:  Solitary wave  Linear wave  Stokes y Cnoidal wave  Stokes wave Asi como el espectro de energía:  Pierson-Moskowitz spectrum  Jonswap spectrum
  24. 24. Capacidades adicionales de modelado Wave boundary condition Ejemplo:
  25. 25. Capacidades adicionales de modelado Wave abosorbing layers Con la finalidad de disminuir el dominio computacional y/o las reflexiones de ondas periódicas que llegan al final de éste, se puede integrar un elemento o componente que absorberá el movimiento de las ondas reduciendo las reflexiones. Wave absorbing Element
  26. 26. Capacidades adicionales de modelado Mooring lines, springs and ropes Capacidad para el modelado de sistemas de amarre que son utilizados frecuentemente en artefactos offshore, energías renovables, buques, etc  Los extremos de los mooring lines pueden ser: • Libres. • Fijos en el espacio. • Acoplados a objetos móviles.  Acciones sobre mooring lines: • Gravedad • Flotabilidad • Fricción por parte del fluido en contacto
  27. 27. Capacidades adicionales de modelado Wave abosorbing layers and mooring lines Ejemplo: Dominio fluido a) sin Absorbing Layer, b) con Absorbing Layer
  28. 28. Capacidades adicionales de modelado Mooring Lines Ejemplo: rotura de los mooring lines de una TLP (Tension Leg Platform)
  29. 29. Capacidades adicionales de modelado Mooring Lines, wave boundary and GMO model Ejemplo: Pelamis wave energy converter
  30. 30. Capacidades adicionales de modelado Ejemplo: Ship Launching Colision Model  Interacción entre objetos con movimiento.  Movimiento de los objetos acoplado con la hidrodinámica.
  31. 31. Capacidades adicionales de modelado Sediment scour model FLOW-3D® es capaz de modelar: • El transporte de sedimentos en suspensión • Deposición por gravedad • Arrastre por esfuerzos cortantes y perturbaciones del flujo • Transporte sobre la cama de sedimentos Principales parámetros: • Critical shields number • Entrainment • Bed-load transport • Angle of repose • packing Air entrainment model FLOW-3D® es capaz de modelar: • La entrada y salida de aire a través de la superficie libre debido a fenómenos turbulentos o a las condiciones del flujo.  Jet incidente sobre la superficie libre. • Incidencia sobre la densidad y el flujo del fluido.
  32. 32. Capacidades adicionales de modelado Sediment scour model - Ejemplo:
  33. 33. Capacidades adicionales de modelado Air entrainment model - Ejemplo: Spillway
  34. 34.  Resuelve las ecuaciones que rigen la dinámica del gas.  El modelo es capaz de calcular los cambios de fase en la interfaz de ambos fluidos.  Nucleación en zonas de liquido o condensación en zonas de vapor puede ser calculado. Capacidades adicionales de modelado Modelo de dos fluidos - Ejemplo: wave converter
  35. 35. Validaciones experimentales FLOW-3D ® es un software extensamente validado por diferentes entidades. No en vano es empleado para multitud de aplicaciones (al margen de las aplicaciones marinas) en exigentes campos de la Industria. • Universidades • Centros de Investigación • Benchmarkings en empresas
  36. 36. Model hull of NAVY vessel (DTMB 5415) Validaciones experimentales Resistencia al avance de un buque 𝐸𝑠𝑙𝑜𝑟𝑎 (𝑚) 5,72 𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑚) 0,248 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 (𝑚/𝑠𝑒𝑔) 2,0974 𝑅𝑒 12 ∙ 106
  37. 37. Validaciones experimentales Resistencia al avance de un buque Total Force (N) Experimento 22,62 FLOW-3D 22,43
  38. 38. Validaciones experimentales Turbina Marina Zhang, J, Gao, P.,Zheng, J., Wu, X, Peng, Y., Zhang,T. ‘Current-induced Seabed ScourAround a Pile-supported Horizontal Aix Tidal Stream Turbine’ Journal of Marine Science and Technology, 23, 929-936, 2015
  39. 39. Capacidades de modelado para aplicaciones Maritimas Generales 1 de 2 Modelado superficie libre  Mayor precisión y velocidad en los cálculos. Simulación de elementos móviles  Acoplamiento completo fluido-estructura.  Modelado de amarres, muelles elásticos. Estrés mecánico y deformaciones  Mallador y Solver interno FEA.  Exportar resultados a paquetes externos.  Posibilidad de importar mallas externas. Cavitación y entrada de aire  Tres modelos para la predicción de la cavitación:  Potencial de cavitación.  Modelo pasivo de cavitación.  Modelo activo de cavitación.  Modelo para la entrada de aire por fenómenos turbulentos.
  40. 40. Capacidades de modelado para aplicaciones Maritimas Generales 2 de 2 Modelos Turbulentos  Se cuenta con modelos adecuados para la predicción de la turbulencia que es muy importante para el atrapamiento de aire, fenómenos de transporte, transferencia de calor, etc. Modelo de dos Fluidos  Resuelve las ecuaciones de la dinámica de ambos fluidos. Transporte y deposición de sedimentos  Modelo para describir la velocidad relativa entre fases.  Predicción de la zona de sedimentación por las corrientes adyacentes y ángulo de reposo.
  41. 41. Más información: www.flow3d.es

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