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ANEXO II Guía de Aprendizaje Información al estudiante
Datos Descriptivos
ASIGNATURA: DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL MATERIA: CRÉDITOS EUROPEOS: 3.0 CARÁCTER: Obligatoria TITULACIÓN: Grado en Ingeniería Aeroespacial CURSO/SEMESTRE 4º - S7 ESPECIALIDAD: Ciencia y Tecnología Aeroespacial
CURSO ACADÉMICO PERIODO IMPARTICION
2014-2015 Septiembre- Enero
Sólo castellano IDIOMA IMPARTICIÓN
Primer semestre. CURSO 2014-15
x
Febrero - Junio X Sólo inglés
Ambos
DEPARTAMENTO:
MECÁNICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL PROFESORADO Correo
NOMBRE Y APELLIDO (C = Coordinador)
DESPACHO
electrónico (@upm.es)
Vassilis Theofilis (C)
Fluidos
Vassilios.Theofilis
Miguel Hermanns
Fluidos
Miguel.Hermanns
Leo González Gutiérrez
ETSI Navales
Leo.Gonzalez
Javier Jiménez Sendín
Fluidos
[email protected]
Francisco Gómez Carrasco
Fluidos
Vassilios.theofilis
Juan Ángel Tendero Ventanas
Fluidos
Vassilios.theofilis
José Miguel Pérez Pérez
Fluidos
Vassilios.theofilis
Soledad Le Clainche Martínez
Fluidos
Vassilios.theofilis
Adrián Lozano Durán
Fluidos
Vassilios.theofilis
Juan Sillero Sepúlveda
Fluidos
Vassilios.theofilis
Pedro Paredes González
Fluidos
Vassilios.theofilis
CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA ASIGNATURAS SUPERADAS
Las legalmente establecidas para el acceso al tercer curso, incluyendo Matemáticas I y II, Informática y Mecánica de Fluidos – I
OTROS RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS
Primer semestre. CURSO 2014-15
Lenguaje de programación de alto nivel o Matlab
Objetivos de Aprendizaje
COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Código
COMPETENCIA
NIVEL
Objetivos Generales: La asignatura de CFD se debe fundamentar en principios adquiridos en las asignaturas de Matemáticas I y II, Informática, Mecánica de Fluidos y Mecánica de Fluidos II. Se trata de conocer la particularización de métodos numéricos para la OA.1
resolución de ecuaciones en derivadas parciales a Mecánica de Fluidos con el fin de capacitar el estudiante tanto para generar soluciones pertinentes a fluidos a distintos regímenes de velocidad,
como
comprender
la
validez
e
interpretar
correctamente resultados adquiridos por códigos comerciales de aplicación industrial. Competencias Genéricas: El objetivo general es que los estudiantes comprendan la distinta naturaleza matemática de las Ecuaciones en Derivadas Parciales (EDPs) que rigen movimiento fluido en distintos regímenes de velocidad (incompresible, transónico, supersónico, hipersónico), así como las metodologías elementales que pueden emplearse para solucionar problemas de CFD, adquiriendo las competencias suficientes tanto para resolver ellos mismos OA.2
ecuaciones
sencillas,
utilizando
un
lenguaje
de
programación, como para interpretar correctamente soluciones proporcionadas por software empleado en la industria, como se espera que lo encuentren en su futuro profesional. Así mismo se trata de formar el estudiante en el conocimiento de los fundamentos de solución de EDPs por métodos numéricos de modo que emplea el adecuado a cada uno de los diversos problemas que se le pueden presentar en su futuro empleo. Un interés especial está enfocado en que el estudiante comprenda el sentido físico del problema que se plantea y qué subyace bajo el fundamento matemático que lo sustenta.
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Competencias Específicas: OA. 3.1 Desarrollar algoritmos para la resolución de ecuaciones modelo de cada uno de los tres problemas tipo que se pueden presentar en Mecánica de Fluidos Computacional: hiperbólico, parabólico y elíptico. OA. 3.2 Obtener mediante programación durante el tiempo EPD soluciones en cada uno de los problemas tipo. Elaborar informes científicos para presentar dichos resultados, de manera que el alumno aprenda a observar, comprender, describir y analizar los OA.3
fenómenos descritos por las soluciones numéricas obtenidas. OA. 3.2 Aprender a manejar el software libre de Mecánica Computacional OpenFOAM (OF), y su particularización en la solución de problemas de Mecánica de Fluidos Computacional. Aprender construir mallas sencillas, obtener soluciones mediante empleo del OF, visualizarlas mediante ParaView, extraer datos de la solución obtenida mediante herramientas proporcionadas por OF u otras integradas en ParaView. Resolver (en tiempo EPD) un problema incompresible y uno en transónico. Analizar y elaborar informes de los resultados.
Código
RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Planificar y organizar el tiempo de aprendizaje en general y el tiempo EPD
RA1.
en particular, considerando tanto el trabajo individual como el trabajo en grupo
RA2.
RA3.
RA4.
RA5.
Comprender las capacidades y las limitaciones del empleo de CFD para la resolución de problemas fluidodinámicos Conocer los diferentes tipos de ecuación, hiperbólico, parabólico y elíptico, que rigen el comportamiento de fluido según el número de Mach Conocer a nivel elemental la arquitectura de ordenadores utilizados para la resolución numérica de problemas fluidodinámicos Manejar con soltura esquemas elementales de discretización temporal de las ecuaciones fluidas
Primer semestre. CURSO 2014-15
RA6.
Manejar con soltura esquemas elementales de discretización espacial de las ecuaciones fluidas Manejar con soltura el empleo de esquemas de discretización temporal y
RA7.
espacial para la resolución de particularizaciones de las ecuaciones de dinámica de fluidos en una dimensión espacial, para los tres modelos de ecuación: hiperbólica, parabólica y elíptica
RA8.
Manejar con soltura el software libre OpenFOAM y en particular solvers apropiados para flujo incompresible o transónico. Analizar, interpretar y presentar razonadamente los resultados obtenidos,
RA9.
tanto en programas escritos por el alumno como los proporcionados por OpenFOAM. Elaborar informes a partir de los resultados de los problemas resueltos,
RA10.
incluyendo bibliografía relevante de la cual se extraen datos de comparación con los propios resultados
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Contenidos y Actividades de Aprendizaje CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) Indicadores
TEMA / CAPITULO
1.Introducción
APARTADO
Relacionados
1.1 Breve historia de CFD 1.2 Campos de aplicación: éxitos y limitaciones 1.3 Perspectivas futuras 2.1 Representación aritmética:
2. Trabajando con el ordenador
precisión sencilla y doble 2.2 Arquitectura del ordenador: Procesador y su potencia, memoria compartida y distribuida, disco duro, redes 2.3 Introducción a lenguajes de programación 3.1 Revisión matemática: Introducción a Ecuaciones en Derivadas Parciales. Clasificación de EDPs: Hiperbólicas, Parabólicas,
3. Las Ecuaciones de la Mecánica de
Elípticas 3.2
Las
ecuaciones
de
Navier-Stokes
compresibles en coordenadas cartesianas; en
Fluidos
coordenadas curvilíneas ortogonales 3.3 Casos límite de las ecuaciones generales: Flujo incompresible, flujo potencial, la capa límite 3.4 Flujo laminar y turbulento, Modelización de la Turbulencia
4. DIscretización
4.1 Esquemas explícitos, implícitos y multipaso
temporal 4.2 Estabilidad de esquemas de discretización 5.1 Mallas regulares, no-estructuradas, híbridas
5. Discretización
5.2 Mallas regulares: transformación de coordenada
espacial
5.3 Esquemas de diferencias finitas, volúmenes finitos y elementos finitos 5.4 Método de paneles
6. Aplicaciones
6.1
Ecuaciones
hiperbólicas,
elípticas 6.2 La ecuación de Burgers viscosa
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parabólicas
y
7. Introducción a OpenFoam
7.1 Herramientas de mallado 7.2 Solvers incompresibles y compresibles 7.3 Visualización y utilidades de postproceso 7.4 Ejemplos de flujo incompresible y compresible
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BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS En las clases de exposición teórica el profesor proporcionará
una
visión
general
del
tema
correspondiente, haciendo hincapié en los conceptos más importantes y en los desarrollos que permitan a los estudiantes un mejor conocimiento de los temas y las
CLASES DE TEORIA
técnicas del estudio, así como de las conclusiones fundamentales. Se utilizarán los materiales didácticos apropiados para cada modulo, tales como soporte de pizarra, transparencias, medios audiovisuales, videos, ordenador, etc. Se hará mención especial de las fuentes bibliográficas y los recursos web en las cuales el alumno podrá profundizar a los temas expuestos En
las
clases
de
resolución
de
problemas
se
propondrán, una vez explicada y conocida la parte teórica, una serie de problemas afines a los resueltos en clase que permitan reforzar y aplicar los conceptos
CLASES
adquiridos a la resolución numérica de problemas
PROBLEMAS
particulares de Mecánica de Fluidos, con el fin que el estudiante
aprenda
fundamentales
que
a le
identificar capaciten
los
aspectos
abordar
el
planteamiento y la resolución de problemas similares durante su tiempo EPD
Primer semestre. CURSO 2014-15
Las clases prácticas representan un complemento de las clases teóricas y de problemas, ya que a través de ellas se fomenta la actitud positiva del estudiante el cual se familiariza con las herramientas profesionales de cálculo y visualización y la adquisición e interpretación de resultados para obtener las conclusiones adecuadas.
PRACTICAS
Las prácticas se realizarán por grupos de alumnos promoviendo el trabajo en equipo y teniendo durante la sesión de las prácticas al profesor que velará tanto por la ayuda que se precisen para realizar los cálculos como para la extracción y visualización de los resultados. Una vez concluido el trabajo, los alumnos deberán elaborar un informe que acoge las soluciones obtenidas y las conclusiones que se pueden extraer de las mismas. Los trabajos prácticos unipersonales consistirán en la
TRABAJOS AUTONOMOS
obtención de resultados en problemas concretos que se propondrán al alumno, el cual deberá realizar el trabajo bajo la supervisión del profesor y presentar un informe completo de la actividad realizada.
TRABAJOS EN GRUPO
Primer semestre. CURSO 2014-15
Según lo descrito anteriormente bajo el epígrafe de Practicas.
Las actividades de tutorías podrán ser realizadas tanto en forma individualizada como en forma grupal. En las tutorías individualizadas el profesor resolverá las dudas concretas y puntuales que planteen los alumnos sobre los temas expuestos en las distintas clases a lo largo de
TUTORÍAS
su aprendizaje personal, en tanto que en las tutorías grupales el profesor dará respuesta a las dudas de carácter general que los alumnos expresen de forma mayoritaria en relación con los temas expuestos, logrando de esta manera una participación proactiva de los alumnos.
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RECURSOS DIDÁCTICOS J.
C.
Tannehill,
D.
A.
Anderson,
R.
H.
Pletcher
“Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer”, Taylor & Francis J. D. Anderson Jr. “Computational Fluid Dynamics”, BIBLIOGRAFÍA
McGraw Hill R. J. Leveque “Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems”, Cambridge Texts in Applied Mathematics P. Moin “Fundamentals of Numerical Analysis”, Cambridge University Press www.cfd-online.com www.openfoam.com
RECURSOS WEB
openfoamwiki.net www.paraview.org www.spec.org Aula PC
EQUIPAMIENTO OpenFoam & ParaView software preinstalado
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