Aplicación de los métodos numéricos basados en volúmenes finitos para la resolución de problemas de mecánica de fluidos y sólidos termoelásticos

Abstract

Este proyecto representa una introducción al análisis numérico computacional para resolver problemas dinámicos con transferencia de calor en medios continuos. El objetivo es, en primer lugar, implementar un código orientado a objetos que trate el fenómeno de la convección natural con flujos laminares y turbulentos. Ello permitirá después entender una herramienta más general y optimizada como TermoFluids, con el fin de simular ejercicios de sólidos elásticos con deformaciones infinitas y completarlo para que ademáss se valoren las tensiones y deformaciones causadas por cambios de temperatura. Debido a las diferencias existentes entre la mecánica de fluidos y la de los sólidos elásticos, cada una se presenta por separado. De forma paralela se describen las leyes que gobiernan su comportamiento, el método de volúmenes finitos que discretiza las ecuaciones y los algoritmos numéricos necesarios para hallar la solución. Todo queda validado resolviendo problemas que tienen una solución de referencia ampliamente aceptada. Como ejercicio práctico, se resuelve un caso de interés industrial: la deformación y el estado tensional del tubo de un colector solar cilindro-parabólico. Este elemento se ve sometido a elevados gradientes de temperatura que pueden comprometer la integridad del colector si el diseño de sus enlaces estructurales no es el adecuado.