Mapas de vectores de velocidad

Los mapas de vectores de velocidad se generan con

Display

Vectors…

Con el botón Display:

Nota: Un error habitual consiste en no haber puesto la velocidad del aire en la condición de contorno (o no haberla aplicado). En ese caso, en el mapa de vectores aparecerán un montón de puntitos azules puesto que la velocidad calculada en la mayor parte del dominio será cero.

Con el ratón se puede recolocar el gráfico y hacer zoom en. Las funciones por defecto son: - Botón izquierdo (dolly): pinchando y moviendo mientras se mantiene apretado, mueve el

dibujo en el plano

- Botón del medio (zoom): pinchando y moviendo abajo y a la derecha mientas se mantiene apretado, se dibuja un rectángulo sobre el que se hace zoom para aumentar.

- Si con el botón del medio se traza el rectángulo desde abajo hacia la izquierda, se disminuye el zoom.

- Botón derecho (probe): si se pincha sobre un punto de la pantalla, en la ventana de comandos aparece el valor numérico en ese punto de la variable que se está dibujando Las funciones del los botones del ratón se pueden cambiar en

Dispaly

Mouse buttons…

Volviendo a las opciones de la ventana de Display Vectors, Scale permite cambiar el tamaño de los vectores; esta función es útil para ver mejor las zonas donde los vectores son pequeños:

Style cambia la forma de los vectores y en Vector Options se puede ajustar el tamaño de la

cabeza. Por defecto, la longitud de los vectores y su color están en función de la magnitud de la velocidad, pero la sección Color By permite que los colores en que se dibujan los vectores representen alguna otra variable. Habitualmente esto no es conveniente porque resulta confuso ver un mapa de vectores en el que los colores no se ajustan a la velocidad; para representar otras variables es mejor hacerlo con mapas de contornos.

En Contours Of se elige el grupo de variables:

y, para cada grupo, la variable específica:

…

Esta función genera un mapa de contornos, pintando de un mismo color la zona en la que la variable dibujada tiene valores comprendidos en un cierto rango. El gráfico de la presión estática, por ejemplo queda:

Es conveniente marcar la casilla Filled, como en la imagen anterior, para que se rellenen de color las zonas entre valores constantes de la variable, en caso contrario sólo se dibujan las líneas de separación:

Cuando el caso es bidimensional, en los mapas de vectores y de contornos no hay que seleccionar ninguna superficie (ventana Surfaces) porque entonces sólo se dibujan los valores sobre las líneas:

Este gráfico del mallado coloreado es típico del error de tener seleccionada la Surface default-

interior. Aunque en la pantalla no queda tan mal, al pasarlo a papel no se aprecian los contornos. Y si se

quiere dibujar el mallado es mejor utilizar Display Grid, como se ha hecho anteriormente.

Por defecto, los colores se reparten de forma uniforme entre el valor mínimo y el máximo de la variable, con un número de intervalos definido por Levels. Si se desmarca la casilla Auto Range, en los cuadros Min y Max se pueden fijar los valores máximo y mínimo a representar. Esto es útil cuando se quieren apreciar variaciones en una zona donde la variable cambia poco. Por ejemplo, si se dibujan los contornos de la presión estática entre -400 y – 1200 Pa, en la parte posterior del coche:

Si se deja marcada la opción Clip to Range, las zonas fuera de los valores máximo y mínimo no se dibujan, si se desmarca, se dibujan con el color uniforme del máximo o el mínimo.

Este ajuste es muy utilizado cuando se quieren comparar resultados de casos distintos. Si, por ejemplo, se hubiese corrido este ejemplo con diferentes velocidades, para comparar los resultados podría ser conveniente utilizar la misma escala en los dibujos de los diferentes casos.

Para facilitar el análisis del caso en el ordenador, se pueden abrir varias ventanas gráficas cada una con su dibujo. En el menú

Display

Los gráficos que se dibujen con Display Vectors, Display Contours, etc, aparecerán en la ventana activa (la última que se haya pasado al frente). También es esta ventana activa la que se guarda en un fichero con Hardcopy o se copia al portapapeles.

Dentro de Display Options hay otro par de opciones interesantes: Line Width permite cambiar el grosor de las líneas; con él se pueden conseguir Mapas de vectores y plots xy más nítidos al pasarlos al papel. La casilla Captions Visible, si se desmarca, hace desaparecer el pie de la imagen y la barra de colores.

Gráficos XY

Se pueden realizar gráficos XY con el menú

Plot

XY Plot…

De esta forma pueden verse con más precisión los valores de una variable sobre una línea. Por ejemplo, los valores de la presión estática alrededor del coche:

En este caso sí hay que seleccionar una Surface. En el eje de las x (si está marcado Position on

X Axis), se representa la dirección del espacio definida por el vector Plot Direction. En el gráfico

anterior se ha representado la presión sobre la superficie del coche en función de la coordenada x. Para cada valor de x hay dos valores de presión, uno correspondiente a la parte superior y otro a la inferior. El morro y la parte trasera, que son muy verticales, se concentran a la izquierda y la derecha de la gráfica.

El botón Curves permite definir los colores, símbolos y tipo de líneas. El botón Axes, la escala y el formato de los ejes.

Si se marca la casilla Write to File, el botón Plot pasa a llamarse Write y pulsándolo, pregunta por la carpeta y el nombre del fichero para guardar los datos del gráfico. El fichero que se genera es de texto y se puede leer con una hoja de cálculo u otro programa de análisis.

Los ficheros de Graficos XY se pueden leer y representar en FLUENT con

Plot

File…

Esta opción es práctica para representar en el mismo gráfico varias curvas, por ejemplo, si se quiere comparar resultados de casos distintos.

El gráfico de convergencia de los residuos es un caso especial de plot XY. El programa guarda los valores de los residuos con los datos del caso, por lo que se puede representar en cualquier momento (después de haber hecho alguna iteración, claro) a través del menú:

Plot

Residuals…

En este cuadro de diálogo se selecciona alguna de las superficies definidas y en Report Type se escoge entre:

Los tipos más habituales son:

- Area: da el área (la longitud si es bidimensional) de la superficie seleccionada.

- Mass Flow Rate: flujo másico que atraviesa la superficie.

- Area-Weighted Average y Mass-Weighted Average: promedio del valor de una variable

sobre la superficie. La variable se escoge en Field Variable. Area-Weighted hace la media en función del área, Mass-Weighted la pondera con el flujo másico.

Al pulsar Compute aparece el valor en el rectángulo inferior del cuadro de diálogo y también se escribe en la ventana de comandos.

Por defecto las superficies que aparecen son las que se han definido como condiciones de contorno. Pueden crearse otras con el menú

Surface

Point…

ó Line/rake…

…

Una función especial de Report es la que calcula la fuerza que realiza el flujo sobre una pared

Report

Forces…

Básicamente integra la presión alrededor de la superficie según la dirección del vector definido en Force Vector. También puede calcular el momento sobre un punto de referencia. Al pulsar Print, se escriben los resultados en la ventana de comandos. La fuerza horizontal sobre el coche (la fuerza sobre la carretera puede tener su interés, pero más bien para la gente de Obras Públicas…)

Muestra el valor en Newtons de la fuerza horizontal que realiza la presión, la que realizan las fuerzas viscosas y la suma (total force). Aparecen por separado cada una de las superficies seleccionadas (aquí sólo el coche) y la suma de todas las superficies (net). Téngase en cuenta que, al tratarse de un caso bidimensional, está calculando la fuerza asumiendo un ancho constante de valor 1 metro. Las columnas marcadas como coeficientes muestran la fuerza dividida por una expresión que la adimensionaliza. La fórmula utilizada es:

A

U

Fuerza

e

Coeficient

ρ

=

- U es una velocidad característica - A es un área de referencia

Las tres son constantes, no se calculan a partir de los datos, sino que se definen en

Report

Si se quiere obtener el coeficiente de arrastre sobre el coche, tal como se define habitualmente, en Velocity hay que poner la velocidad del aire a la entrada (la del coche en la referencia absoluta): 40 m/s y en Area, el área frontal, que al ser bidimensional es la altura del coche: 1.2 m

Volviendo a obtener la fuerza horizontal:

ya se obtienen coeficientes razonables.