Development of an integral viscoelastic flow solver in OpenFOAM®

The usual high cost of commercial codes, and some technical limitations, clearly limits the employment of numerical modelling tools in both industry and academia. Consequently, the number of companies that use numerical code is limited and there a lot of effort put on the development and maintenance of in-house academic based codes. Having in mind the potential of using numerical modelling tools as a design aid, of both products and processes, different research teams have been contributing to the development of open source codes/libraries. In this framework, any individual can take advantage of the available code capabilities and/or implement additional features based on his specific needs. These type of codes are usually developed by large communities, which provide improvements and new features in their specific fields of research, thus increasing significantly the code development process. Among others, OpenFOAM® multi-physics computational library, developed by a very large and dynamic community, nowadays comprises several features usually only available in their commercial counterparts; e.g. dynamic meshes, large diversity of complex physical models, parallelization, multiphase models, to name just a few. This computational library is developed in C++ and makes use of most of all language capabilities to facilitate the implementation of new functionalities. Concerning the field of computational rheology, OpenFOAM® solvers were recently developed to deal with the most relevant differential viscoelastic rheological models, and stabilization techniques are currently being verified. This work describes the implementation of a new solver in OpenFOAM® library, able to cope with integral viscoelastic models based on the deformation field method. The implemented solver is verified through the comparison of the predicted results with analytical solutions, results published in the literature and by using the Method of Manufactured Solutions.

Development of a new 3D OpenFOAM® solver to model the cooling stage in profile extrusion

[Excerpt] The advantages resulting from the use of numerical modelling tools to support the design of processing equipment are almost consensual. The design of calibration systems in profile extrusion is not an exception . H owever , the complex geome tries and heat exchange phenomena involved in this process require the use of numerical solvers able to model the heat exchange in more than one domain ( calibrator and polymer), the compatibilization of the heat transfer at the profile - calibrator interface and with the ability to deal with complex geometries. The combination of all these features is usually hard to find in commercial software. Moreover , the dimension of the meshes required to ob tain accurate results, result in computational times prohibitive for industrial application. (...)

Modelling integral viscoelastic flows in OpenFOAM

[Excerpt] A large number of constitutive equations were developed for viscoelastic fluids, some empirical and other with strong physical foundations. The currently available macroscopic constitutive equations can be divided in two main types: differential and integral. Some of the constitutive equations, e.g. Maxwell are available both in differential and integral types. However, relevant in tegral models, like K - BKZ, just possesses the integral form. (...)

Using OpenFOAM to aid the design of complex profile extrusion dies

[Extrat] Thermoplastic profiles are very attractive due to their inherent design freedom. However, the usual methodologies employed to design extrusion forming tools, based on experimental based trial–and–error procedures, are highly dependent on the designer’s experience and lead to high resources consumption. Despite of the relatively low cost of the raw materials employed on the production of this type of profiles, the resources involved in the die design process significantly increase their cost. These difficulties are even more evident when a complex geometry profile has to be produced and there is no previous experience with similar geometries. Therefore, novel design approaches are required, in order to reduce the required resources and guarantee a good performance for the produced profile. (...)

A new integral viscoelastic flow solver in OpenFOAM®

The usual high cost of commercial codes, and some technical limitations, clearly limits the employment of numerical modelling tools in both industry and academia. Consequently, the number of companies that use numerical code is limited and there a lot of effort put on the development and maintenance of in-house academic based codes . Having in mind the potential of using numerical modelling tools as a design aid, of both products and processes, different research teams have been contributing to the development of open source codes/libraries. In this framework, any individual can take advantage of the available code capabilities and/or implement additional features based on his specific needs. These type of codes are usually developed by large communities, which provide improvements and new features in their specific fields of research, thus increasing significantly the code development process. Among others, OpenFOAM® multi-physics computational library, developed by a very large and dynamic community, nowadays comprises several features usually only available in their commercial counterparts; e.g. dynamic meshes, large diversity of complex physical models, parallelization, multiphase models, to name just a few. This computational library is developed in C++ and makes use of most of all language capabilities to facilitate the implementation of new functionalities. Concerning the field of computational rheology, OpenFOAM® solvers were recently developed to deal with the most relevant differential viscoelastic rheological models, and stabilization techniques are currently being verified. This work describes the implementation of a new solver in OpenFOAM® library, able to cope with integral viscoelastic models based on the deformation field method. The implemented solver is verified through the comparison of the predicted results with analytical solutions, results published in the literature and by using the Method of Manufactured Solutions

CFD-basierte hämodynamische Untersuchung patientenspezifischer intrakranieller Aneurysmen

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2015

Modellierung von Brandszenarien mit CFD unter Berücksichtigung des Einflusses der Brandrauchzusammensetzung auf die Toxizität und Sichtweiten

Magdeburg, Univ., Fak. für Verfahrens- und Systemtechnik, Diss., 2015

Avaluació de la teratogènia in vitro mitjançant el cultiu d’embrions sencers (WEC)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Charité - Universitätsmedizin Berlin, Alemanya, entre novembre i desembre del 2007. En aquest treball es presenta el protocol a seguir per a dur a terme el cultiu d’embrions sencers in vitro (Whole Embryo Culture, WEC). Amb aquest protocol es pretén implementar la tècnica del WEC en el laboratori de la Unitat de Toxicologia de la Facultat de Farmàca (UB), seguint la metodologia apresa durant l’estada i deixant per escrit tots els passos seguits i el material i la metodologia concreta de cadascun d’ells. En el WEC es cultiven embrions de rata de 9.5 dies durant 48h en ampolles rotatòries en un medi líquid i amb una fase gasosa controlats. Durant el cultiu, tenen lloc dos processos principals: el plegament de l’embrió i l’organogènesi. Els embrions durant els dos dies que dura el cultiu es pleguen en els plans transversal i sagital, passant d’un embrió pla a un altre de cilíndric en forma de “C”. En aquest període, a més, es produeixen importants processos d’organogènesi com la neurulació, la formació de la cresta neural, dels somites, dels vasos sanguinis - el cor inclòs- i de la sang. Es comencen a formar la placoda nasal, la vesícula oftàlmica, la vesícula òtica, les extremitats superiors i inferiors i la cua. En la memòria adjunta es descriuen amb detall els processos d'aparellament dels animals, preparació del material i del medi de cultiu, el procés d'aïllament del embrions en el dia 9.5, les condicions de cultiu i l'avaluació dels embrions en el dia 11.5. Finalment es presenten resultats d'embrions en situació control amb un correcte desenvolupament i es mostra com, al final de l'estada, es va aconseguir el cultiu d’embrions control amb un desenvolupament correcte i estadísticament sense diferències respecte als diferents paràmetres mesurats en comparació amb els embrions control de la Charité-Universitätsmedizin de Berlin.

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançantcomputadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen ambaquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pelsconductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

Creació d’un model de simulació pels propulsors del robot submarí Girona 500 mitjançant CFD

S’arriba a un acord entre el grup de recerca GREFEMA i ViCOROB per estudiar els propulsors de palesutilitzats fins a l’actualitat en el robot submarí Girona 500, de forma que el model creatserveixi d’eina per apoder estudiar qualsevol tipus de propulsor que es vulgui fer servir.Es crearà un model de simulació amb CFD d’ANSYS per tal de poder recrear qualsevol situació ambqualsevol model de propulsor que es vulgui emprar, estalviant en costos de compra o fabricació, a mésd’evitar un muntatge experimental que pot no ser del tot fiable.A partir de geometries de propulsors de pales comercials existents es realitzarà una simulació amb elprograma de dinàmica de fluids computacional (CFD) d’ANSYS.La informació proporcionada per l’eina de simulació es compararan amb els resultats obtinguts de formaempírica a les instal•lacions del Parc Científic i Tecnològic de la Universitat de Girona i amb el model teòric.D’aquesta forma, es comprovarà la bondat de la simulació i es validarà el model numèric utilitzat

Anàlisi hidrodinàmic de vehicles submarins mitjançant eines de simulació CFD

El grup VICOROB de la UdG té una àmplia experiència en l’àmbit dels vehicles irobots submarins, amb diferents prototips degudament validats experimentalment.L’interès d’aquest grup de recerca és anar més enllà i conèixer exactament elcomportament del vehicle dins de l’aigua.El grup VICOROB disposa d’un vehicle subaquàtic, l’anomenat GIRONA 500 que haestat dissenyat com una plataformad'investigació amb capacitat per tornara configurar-se per a moltes aplicacionsdiferents, que van des dels clàssicssonar i servei d’imatges de vídeo fins atasques d'intervenció autònomesdifícilsL’objectiu és d’aquest projecte és obtenir a partir de la geometria real del vehicleGIRONA 500 els coeficients hidrodinàmics del submarí complet i de solamentl’estructura per així conèixer l’efecte hidrodinàmic del nombre de propulsors acoblats alrespectiu vehicle aquàtic

Implementation of population balances in simulation of gas-liquid reactors using a CFD-PBM coupled approach

In bubbly flow simulations, bubble size distribution is an important factor in determination of hydrodynamics. Beside hydrodynamics, it is crucial in the prediction of interfacial area available for mass transfer and in the prediction of reaction rate in gas-liquid reactors such as bubble columns. Solution of population balance equations is a method which can help to model the size distribution by considering continuous bubble coalescence and breakage. Therefore, in Computational Fluid Dynamic simulations it is necessary to couple CFD and Population Balance Model (CFD-PBM) to get reliable distribution. In the current work a CFD-PBM coupled model is implemented as FORTRAN subroutines in ANSYS CFX 10 and it has been tested for bubbly flow. This model uses the idea of Multi Phase Multi Size Group approach which was previously presented by Sha et al. (2006) [18]. The current CFD-PBM coupled method considers inhomogeneous flow field for different bubble size groups in the Eulerian multi-dispersed phase systems. Considering different velocity field for bubbles can give the advantageof more accurate solution of hydrodynamics. It is also an improved method for prediction of bubble size distribution in multiphase flow compared to available commercial packages.

CFD study of penetration and mixing of fuel in a circulating fluidized bed furnace

The aim of this thesis is to study the mixing of fuel and, also to some extent, the mixing of air in a circulating fluidized bed boiler. In the literature survey part of this thesis, a review is made of the previous experimental studies related to the fuel and air mixing in the circulating fluidized beds. In the simulation part of it the commercial computational fluid dynamics software (FLUENT) is used with the Eulerian multiphase model for studying the fuel mixing in the two and three-dimensional furnace geometries. The results of the three-dimensional simulations are promising and, therefore suggestions are made for the future simulations. The two-dimensional studies give new information of the effects of the fluidization velocity, fuel particle size and fuel density on the fuel mixing. However, the present results show that three-dimensional models produce more realistic representation of the circulating fluidized bed behavior.

Estudi d’un assecador industrial: simulació i optimització de l’assecatge de xoriç mitjançant programari informàtic CFD

Una empresa familiar d’embotits ecològics especialitzada en l’elaboració de xoriç, volampliar la seva producció. Té com apart clau el procés d’estufatge i l’assecament. Aquests processos, que tenen lloc alsassecadors, consisteixen en fer re-circular aire a unes temperatures determinades durant unscerts temps, refredant aquest aire quan surt de la sala per extreure’n part del vapor d’aiguaque conté, i tornant-lo a escalfar per poder absorbir més aigua en tornar entrar a la sala.L’abast d’aquest projecte consisteix en la descripció del funcionament dels assecadors,i la realització de simulacions de flux d’aire i temperatura per tal de poder optimitzar unassecador concret. Dins aquest assecador es faran modificacions com pot ser l’alçada lliure quequeda entre la filera més elevada de xoriç i el sostre o el radi inferior que tenen aquestsaparells per tal d’obtenir una geometria òptima d’una sala d’assecatge. L’estudi que es duu a terme consta del comportament del flux d’aire i del flux detemperatura per tal de poder observar els punts crítics i poder determinar els paràmetres queinflueixen en el seu bon funcionament