Acoplamiento multiescala en cálculos fluidodinámicos.

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En la industria nuclear existen sistemas de ingeniería con gran complejidad, compuestos por múltiples subsistemas en los que cada uno de ellos puede contener fenomenologías físicas que requieren distintos modelos para su análisis. En ciertas ocasiones solo es de interés el detalle en algunos comp...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal:	Caccia, Federico A.
Formato:	Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:	Español
Publicado:	2017
Materias:	Ingeniería Mecánica de fluidos Strong-coupling model Modelo de acoplamiento fuerte Computational fluid dynamics Dinamica de fluidos computacional Multiphase flow Flujo multifásico Finite element method Método de elementos finitos.
Acceso en línea:	http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/654/1/Caccia.pdf
Aporte de:	Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro

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description	En la industria nuclear existen sistemas de ingeniería con gran complejidad, compuestos por múltiples subsistemas en los que cada uno de ellos puede contener fenomenologías físicas que requieren distintos modelos para su análisis. En ciertas ocasiones solo es de interés el detalle en algunos componentes, necesitando modelar el resto del sistema para conservar la dinámica global. En este trabajo se estudia una técnica que permite acoplar el modelado detallado de sistemas fluídicos bi- y tri- dimensionales con sistemas fluídicos más sencillos uni-dimensionales o cero-dimensionales. Cada subsistema se halla acoplado a los demás mediante los valores que toman las variables de estudio en las interfaces que comparten entre sí. Tras el modelado matemático, el problema del acoplamiento se reduce a resolver un sistema de ecuaciones cuyo tamaño depende de la cantidad de incógnitas en las interfaces de acople. Como estas ecuaciones provienen de la física inherente a cada subsistema, en general resultan ser no lineales, y por esta característica se investigan diferentes técnicas numéricas iterativas para su resolución. La investigación se enmarca en cuatro aplicaciones de interés. La primera aplicación es el análisis de la fluidodinámica en una fuente fría de neutrones, en la que interesa estudiar patrones de flujo en la cavidad de la fuente, modelando el resto del circuito para conservar la dinámica general. La seguna aplicación es el análisis del Segundo Sistema de Parada de un reactor de investigación, en el que se acopla un modelo tridimensional de un componente del sistema a un modelo cero-dimensional del resto. La tercera aplicación es el estudio de distribucion de presiones y caudales en una red hidráulica con múltiples componentes. La última aplicación extiende la técnica a acoplamientos multifísicos y se reportan algunos ejemplos en el acoplamiento neutrónico-termohidráulico. Como resultado general cabe destacar el éxito en la implementación de las funciones necesarias para acoplar diferentes códigos de cálculo como ParGPFFEP, RELAP5, Fermi, PUMA y otros. También se destaca el método implícito de Broyden como técnica numerica para resolver los sistemas de ecuaciones no lineales resultantes del acoplamiento.
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Cada subsistema se halla acoplado a los demás mediante los valores que toman las variables de estudio en las interfaces que comparten entre sí. Tras el modelado matemático, el problema del acoplamiento se reduce a resolver un sistema de ecuaciones cuyo tamaño depende de la cantidad de incógnitas en las interfaces de acople. Como estas ecuaciones provienen de la física inherente a cada subsistema, en general resultan ser no lineales, y por esta característica se investigan diferentes técnicas numéricas iterativas para su resolución. La investigación se enmarca en cuatro aplicaciones de interés. La primera aplicación es el análisis de la fluidodinámica en una fuente fría de neutrones, en la que interesa estudiar patrones de flujo en la cavidad de la fuente, modelando el resto del circuito para conservar la dinámica general. La seguna aplicación es el análisis del Segundo Sistema de Parada de un reactor de investigación, en el que se acopla un modelo tridimensional de un componente del sistema a un modelo cero-dimensional del resto. La tercera aplicación es el estudio de distribucion de presiones y caudales en una red hidráulica con múltiples componentes. La última aplicación extiende la técnica a acoplamientos multifísicos y se reportan algunos ejemplos en el acoplamiento neutrónico-termohidráulico. Como resultado general cabe destacar el éxito en la implementación de las funciones necesarias para acoplar diferentes códigos de cálculo como ParGPFFEP, RELAP5, Fermi, PUMA y otros. También se destaca el método implícito de Broyden como técnica numerica para resolver los sistemas de ecuaciones no lineales resultantes del acoplamiento. In nuclear industry there are engineering systems with great complexity, composed by multiple subsystems in which each of them can contain physical phenomenologies that require different models for their analysis. In certain occasions only the detail in some components is of interest, needing to model the rest of the system to preserve global dynamics. In this work we study a technique that allows to coupling the detailed modeling of bi- and tri-dimensional fluidic subsystems with simplified one-dimensional or zero-dimensional fluidic subsystems. Each subsystem is coupled to the others by the values that the study variables take on the interfaces they share with each other. After mathematical modeling, the coupling problem is reduced to solving a system of equations whose size depends on the number of unknowns in the coupling interfaces. As these equations come from the physics inherent to each subsystem, they are generally nonlinear, and so we investigate different iterative numerical techniques for their resolution. The research is framed in four applications of interest. The first application is the analysis of fluid dynamics in a cold neutron source, in which it is interesting to study flow patterns in the source cavity, modeling the rest of the circuit to preserve the general dynamics. The second application is the analysis of the Second Shutdown System of a research reactor, in which a three-dimensional model of a component of the system is coupled to a zero-dimensional model of the rest. The third application is the study of the distribution of pressures and flows in a hydraulic network with multiple components. The latest application extends the technique to multiphysical couplings and some examples are reported in the neutron-thermohydraulic coupling. As a general result, it is worth mentioning the success in implementing the necessary functions to couple different calculation codes like ParGPFFEP, RELAP5, Fermi, PUMA and others. We also highlights the Broyden implicit method as numerical technique to solve the systems of nonlinear equations resulting from the coupling. 2017-09-29 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/654/1/Caccia.pdf es Caccia, Federico A. (2017) Acoplamiento multiescala en cálculos fluidodinámicos. / Multiscale coupling in fluid dynamics. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/654/

Acoplamiento multiescala en cálculos fluidodinámicos.

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