Doctorado en Mecánica Computacional Multifísica en el CIMEC con becas del CONICET

Estudiantes universitarios en el ÚLTIMO AÑO o GRADUADOS interesados en hacer un Doctorado en Ingeniería mención Mecánica Computacional con becas del CONICET contactar a los siguientes investigadorees

  • Laura Battaglia (battaglia.laura at gmail.com),
  • Jorge D'Elía (jdelia at intec.unl.edu.ar),
  • Luciano Garelli (lucianogarelli at hotmail.com),
  • Gustavo Ríos Rodríguez (gusadrr at yahoo.com.ar),
  • Mario Storti (mario.storti at gmail.com).

Abajo se listan posibles temas de Doctorado en diversos temas de Mecánica de Fluidos Computacional.

Desarrollo de Algoritmos en GPGPU para Mecánica Comptacional

El objetivo general de este plan de trabajo es el desarrollo de algoritmos para Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) en placas gráficas de tipo GPGPU (General Purpose Graphics Processing Units). En particular, el objetivo específico es desarrollar algoritmos de tipo Volúmenes Finitos sobre mallas estructuradas cartesianas de paso constante. La condición de incompresibilidad se satisface con un algoritmo de tipo Fractional Step, mientras que la ecuación de Poisson para la presión se resuelve con el método Accelerated Global Preconditioning (AGP). AGP se basa en usar el métodos de Gradientes Conjugados precondicionado con un solver basado en la Transformada Rápida de Fourier (FFT), ya que la implementación de la FFT en estas placas (CUFFT) es particularmente rápida. En el caso en que no hay cuerpos sólidos este algoritmo resuelve la ecuación de Poisson en O(N log N ) operaciones en forma directa (es decir, no iterativa).

Material adicional

  • Resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando CUDA, PFC FICH-UNL presentada por Santiago Costarelli (download)
  • An FFT Preconditioning Technique for the Solution of Incompressible Flow with Fractional Step Methods on GPGPU's, por M.Storti, R.Paz, L.Dalcin, S.Costarelli, presented at MECOM 2010, 15-18 Noviembre 2010, Buenos Aires, Argentina, (view/download, download,full paper)

Desarrollo de Algoritmos para problemas con Interacción Fluido-Estructura

When dealing with partial differential equations that need to be solved on moving domains, like problems in the Fluid-Structure Interaction (FSI) area, one of the most used technique is the so- called Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE). When an ALE formulation is used, the governing equations must be rewritten and additional terms related to the mesh velocity and position, are introduced. The reformulated equations must be integrated in time. The com- mon way to proceed is to use a classical time advancing scheme like the theta-family or the Backward Difference Formula (BDF) family. In this context the Discrete Geometric Conservation Law (DGCL) arises. In this plan we proposemy to develop a new methodology for developing DGCL compliant formulations for general advective-diffusive systems on moving domains using an ALE scheme. This methodology will be applied to the theta-family of time integration methods and also as an extension to the three-point BDF.

Material adicional

  • Fluid-structure interaction with a staged algorithm. Aerospace applications, by Mario Storti, Norberto Nigro, Rodrigo Paz, Lisandro Dalcín, Gustavo A. Ríos Rodríguez, Ezequiel López. (download)
  • Fluid Structure Interaction using an Arbitrary Lagrangian Eulerian Formulation, por Luciano Garelli, (download)

Desarrollo de Algoritmos para problemas con Superficie Libre

El objetivo general de este plan es proveer métodos de simulación numérica de flujos de fluidos incompresibles con Superficie Libre (SL) transiente en dominios fijos o deformables, usando procesamiento multiparalelo y elementos finitos estabilizados para las ecuaciones de Navier-Stokes (NS). Se asumirá fluido de tipo newtoniano con propiedades físicas constantes, mientras que los regímenes de flujo, considerados isotérmicos, serán tales que los efectos de la tensión superficial podrán ser omitidos en todos los casos.

Se trabajará específicamente en metodologías de simulación numérica de flujos con interfases móviles, considerando el tratamiento de fronteras abiertas e incorporando refinamiento adaptativo y herramientas de cálculo en paralelo, de manera de ampliar el espectro de problemas prácticos a gran escala a resolver.

Las aplicaciones ingenieriles son: i) en problemas de agitación, tales como en el caso de transporte y almacenamiento de líquidos; ii) en casos del tipo de rotura de presa; iii) en el flujo en canales abiertos o en torno a estructuras civiles.

Material adicional

  • "Bounded renormalization with continuous penalization for level set interface capturing methods". por Battaglia, L.; Storti, M.; D'Elía, J. IJNME, vol 84(7), pp. 830-848 (2010)(preprint) (doi)

  • "Elementos Finitos Estabilizados para Flujos con Superficie Libre: Seguimiento y Captura de Interfase", Ph.D Thesis FICH-UNL (2009) (download)

Identificación de parámetros en modelos capacitivos-resistivos de reservorios petrolíferos

Modelos capacitancia resistivas (MRC) cuantifican la comunicación entre pozos y proporcionan información sobre las tendencias de la permeabilidad y la presencia de barreras de flujo. Se basan ​​sólo en los datos de producción e inyección. Además, modelan la demora en la respuesta en la producción debido a una inyección. La limitación más grande de estos modelos se basa en el proceso de identificación de los parámetros ya que las ecuaciones involucradas son no no lineales. En este plan se desarrollará un algoritmo completo para identificar el conjunto de parámetros en CRMs (conectividades y constantes de tiempo) para diferentes volúmenes de control. Las conectividades CRMs se interpretan como coeficientes de distribución en un simulador de patrón de inyección de agua para sistemas de múltiples capas. Un patrón de inyección consiste en una serie de elementos de flujo que enlazan cada inyector con los pozos productores vecinos en cada capa . Los patrones tienen en cuenta la geometría implicada en la inyección y la configuración de pozos productor en cada capa.

Material adicional

  • Sayarpour, M,; Development and Application of Capacitance-Resistive Models to Water/CO2 Floods. PhD Thesis University of Texas at Austin. (2008) http://goo.gl/Qz8FVm

Simulación numérica de problemas de rotordinámica

La rotordinámica [VMZ10] estudia la estabilidad de rotores que giran a gran velocidad, usualmente separados del estator por un delgado huelgo. Si se asumen pequeñas perturbaciones alrededor de una posición de equilibrio las fuerzas del fluido se pueden linearizar con respecto a los desplazamientos y velocidades, obteniéndose los coeficientes rotordinámicos. Agregando estos coeficientes a un análisis de dinámica del rotor puede determinar la estabilidad del mismo. Un efecto importante al momento de estudiar la estabilidad es que al aplicar una carga al rotor, este se desplaza en la dirección perpendicular a la carga. Este efecto tiene un efecto desestabilizante, mientras que por otro lado el fluido genera un término de amortiguamiento, el cual tiene siempre un efecto estabilizante. Dependiendo de la frecuencia de rotación estos dos efectos contrapuestos pueden prevalecer uno sobre el otro y por lo tanto existe una frecuencia crítica a partir de la cual el rotor se hace inestable.

Efecto Lomakin: Los rotores usados en turbinas hidráulicas de centrales hidroeléctricas presentan características especiales. Por un lado las velocidades de rotación son comparativamente bajas con respecto a los cojinetes (hasta dos órdenes de magnitud menores), lo cual causa que las diferencias de presión sean menores y por lo tanto no haya cavitación. Por otra parte los cojinetes del rotor actúan al mismo tiempo como sellos, con diferencias de presión importantes de ambos lados del rotor (pueden llegar a varias atmósferas), lo cual produce un flujo axial de pérdida a través del sello. Puede verse que este flujo axial produce un coeficiente de restitución positivo sobre el rotor, que tiene un efecto estabilizante. Es decir, si apartamos el rotor del centro del estator en una dada dirección este efecto debido al gradiente de presión axial produce una fuerza en la dirección opuesta. Este fenómeno es llamado efecto Lomakin.

Sellos laberínticos: Para turbinas hidráulicas, la fuga a través de los sellos significa una pérdida importante de eficiencia, por eso el espesor del huelgo en los sellos debe elegirse cuidadosamente en un compromiso entre las pérdidas y la posibilidad de que el rotor haga contacto directo con el estator. A esta compleja decisión se agrega la influencia del espesor del huelgo en los coeficientes rotordinámicos y por lo tanto en la estabilidad del mismo. Una manera de tener menores pérdidas para un mismo espesor de huelga es introducir indentaduras en el estator o en el rotor. A este tipo de sellos se le llama sellos laberínticos. Esto reduce las pérdidas pero tiene un efecto difícil de predecir sobre la rotordinámica.

Material adicional

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Libro de rotordinámica: [VMZ10] J.M Vance, B. Murphy, and F.Y. Zeidan. Machinery vibration and rotordynamics. Wiley, 2010. Rodete Francis de grandes dimensiones
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Daño causado por falla en represa Sayano-Shushenskaya Video en vivo del accidente

Desarrollo de algoritmos para adaptación en paralelo de mallas no estructuradas de elementos finitos.

La aplicación del Método de Elementos Finitos para resolver las ecuaciones de gobierno de un problema de mecánica de fluidos demanda una potencia de cálculo cada vez mayor. Esto se debe a la complejidad geométrica de los problemas que se intentan resolver, a la disparidad de escalas espaciales y temporales, al número de variables involucradas y a las particularidades de los métodos numéricos utilizados para obtener la solución aproximada. La necesidad de obtener resultados en tiempos de cálculo aceptables y con recursos limitados usualmente se contrapone con los requerimientos de precisión en la solución aproximada. Es por ello que hoy se adoptan estrategias de adaptación de mallas, que permiten dedicar el esfuerzo de cálculo sólo en las regiones del dominio que así lo requieren, en el momento adecuado. El objetivo del trabajo consiste en extender un algoritmo secuencial de adaptación de mallas para que dicha tarea pueda ser ejecutada en forma simultánea sobre varios procesadores, utilizando el modelo de pasaje de mensajes (MPI). Resulta indispensable adoptar estructuras de datos y algoritmos que permitan gestionar eficientemente la malla, así como también estrategias de particionamiento y balanceo dinámico de la carga entre los procesadores.

Material Adicional:

  • "An h-Adaptive Solution of the Spherical Blast Wave Problem", Ríos Rodriguez, G.A.; Storti, M.; López, E.J.; Sarraf, S.S.; IJCFD, Vol.25, No.1, pp.31-39, Taylor & Francis Group, 2011. download
  • "Refinamiento h-Adaptativo de Mallas No Estructuradas en Problemas Estacionarios y Transitorios," Tesis Doctoral CONICET-UNL (2009) download

Desarrollo de dispositivos aerodinámicos para incremento de intercambio térmico

El objetivo general de este proyecto es la aplicación de simulación numérica mediante Mecánica Computacional y HPC (Computación de Alto Desempeño), para problemas de transferencia de calor, desarrollando algoritmos para la simulación de procesos acoplados termo-fluido dinámicos considerando tanto la convección natural como la forzada. En particular se estudiará su aplicación a radiadores y cubas de transformadores eléctricos de potencia, y posiblemente también en otros problemas de intercambio térmico como intercoolers para sobrecargadores de motores de combustión interna. Se estudia una aplicación tecnológica que consiste en la utilización de generadores de vórtices (VG) para incrementar la transferencia de calor entre la superficie caliente y el canal de fluido refrigerante.

Material Adicional:

  • M.C. Gentry and A.M. Jacobi. Heat Transfer Enhancement by Delta-Wing-Generated Tip Vortices in Flat-Plate and Developing Channel Flows. Journal of Heat Transfer, 124(6):1158-1168, 2002.

Flujo alrededor de un generador de vórtices tipo ala delta. Los colores representan temperatura. Vortex_2.png
Video sobre generadores de vórtices (para reducción del drag)

Implementación de métodos multigrilla en transferencia de calor acoplada

Code-Saturne (CS) (http://code-saturne.org) es un paquete de software de CFD de uso general. Desarrollado desde 1997 en Electricité de France R&D, se distribuye bajo licencia GNU-GPL. Se basa en un enfoque de volumen finito co-locado que acepta mallas con cualquier tipo de celda (tetraédrica, hexaédrica, prismática, piramidal, poliédrica ...) y cualquier tipo de estructura de malla (no estructurada, estructurada en bloque, híbrida, hanging nodes). CS está adaptado para clústers de computadoras de HPC (High Performance Computing) y su escalabilidad se ha comprobado para simulaciones con billones de veldas (O(1e9) cells) en clústers con configuraciones de hasta cien de mil de cores. Actualmente en simulaciones de CFD acoplada con transferencia de calor en sólidos (transferencia de calor conjugada) esta escalabilidad está acotada por la falta de una implementación del Método Multigrilla para el sistema acoplado. El objetivo de la tesis es el desarrollo de una implementación eficiente de dicho algoritmo y comprobar su eficiencia en clústers de O(1e5) cores.

Material Adicional:

  • Code-Saturne website
  • Repositorio de tesis de doctorado relacionadas con Code-Saturne
  • "Developing Code_Saturne for Multi-Billion Cell Mesh Simulations" (PDF)
Topic attachments
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pngpng Vortex_2.png manage 61.4 K 2015-05-19 - 14:22 MarioStorti  
jpgjpg russian-dam-sayano.jpg manage 372.6 K 2013-05-26 - 11:38 MarioStorti  
jpgjpg three-gorges-francis-turbine2.jpg manage 64.7 K 2013-05-26 - 11:50 MarioStorti  
Topic revision: r11 - 2017-04-20 - 07:44:03 - MarioStorti
 

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