FLOW-3D es el más moderno y preciso software de simulación para ingeniería marítima. Permite simular la evolución del fluido en sistemas 3D. Su motor de cálculo es robusto, estable, preciso y muy rápido. Permite evitar costosos hardware de cálculo (cluster) para realizar simulaciones completas para aplicaciones marítimas. FOW3D le permite simular: - Drag de buques - Movimiento de sistemas flotantes: moorings, estructuras offshore. - Diseño de Amarres - Sloshing de fluidos en depósitos - Oleaje en escolleras, - Erosión en costas - Sistemas de amortiguamiento de energía - Diseño de muelles, puertos - Sistemas de generación de energía mediante olas, mareas, sistemas rotativos, etc.

1. Aplicacion: MARITIMA
Septiembre 2017

2. Indice de contenidos
• SyP (Distribuidor) // FSI (Desarrollador)
• Productos: FLOW-3D ® // FLOW-3D Cast ® // FlowSight ®
• Ventajas competitivas: Operativas // Técnicas
• Validaciones experimentales
• Capacidades de modelado para aplicaciones marítimas.

3. Simulaciones y Proyectos, SL
Empresa distribuidora del software
• Actividad y crecimiento desde el año 2006
• Especialización en simulación numérica (CFD general, Fundición, FEA)
• Distribución y soporte técnico de software CAD/CAE de primer nivel
• Personal altamente cualificado para asistencia y formación.
• Alto nivel de implicación con los Clientes (asistencia técnica,
customizaciones, formación,…)
• Importante cartera de Clientes

4. Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
• Multinacional fundada en 1980. Originada en el
Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU)
• Primera licencia comercial de FLOW-3D lanzada
en 1985
• Desarrolla y comercializa FLOW-3D así como los
productos asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D
MP
• Ofrece servicios de HPC (High Performance
Computing) a distancia.
Vista de Los Alamos National Labs
Headquarters en Santa Fe, NM, USA

5. Flow Science Inc
Distribución mundial

6. Ventajas competitivas
Operativas
• Funcionamiento en red (sin coste adicional)
• Con 1 licencia de solver se dispone de 999 licencias de pre y post.
• Opción de realizar cálculos en remoto (sin coste adicional)
• Opción de leer la licencia en remoto (sin coste adicional)
• Versión SMP Shared Memory Protocol (32 cores versión de partida)
• Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN
• Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional)
• Opciones de Alquiler-Hasta-Compra

7. Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre.
• Además de aplicaciones marítimas, es empleado en muchas otras
aplicaciones donde es referente:
• Emplea el método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference
Method para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes 3D
• Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES,
etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas

8. Ventajas competitivas
Técnicas
• ¿Por qué FLOW-3D ® está siendo cada vez más aplicado como herramienta
fundamental para las aplicaciones marítimas?
– INTERFAZ DE USUARIO – Intuitivo, Productivo, Vistoso
– SOLVER MULTIFÍSICO – Optimizado para superficie libre.
– RAPIDEZ DE CÁLCULO – Modela únicamente 1 fluido (agua)
– PRECISIÓN – Ampliamente validado, desarrollado desde hace más de 35años

9. Ventajas competitivas
Técnicas
INFERFAZ DE USUARIO (GUI)
• Sencillo manejo
• Todo incluido – No requiere herramientas externas desde el
Setup hasta el postprocesado.
• Diferentes formatos de mallado
• Condiciones de contorno específicas para aplicaciones marítimas
y costeras.
• Postprocesador de última generación
• Generador de eventos
• Customizable por el usuario

10. Ventajas competitivas
Técnicas
SOLVER MULTIFÍSICO
• Solver robusto, potente y estable en el cálculo.
• Capacidades multifísicas: Aireación, cavitación, etc.
• Varios modelos de turbulencia implementados (k-e, k-w, LES)
• Algoritmo específico mejorado TruVOF® para resolución de
superficie libre de fluido requiriendo solamente resolver 1 fluido
(agua) en lugar de 2 como el método tradicional VOF (también
implementado)
• Resolución precisa de drag y pérdidas de carga en pared de forma
precisa gracias al Inmerse Boundary Method

11. Ventajas competitivas
Técnicas
RAPIDEZ DE CÁLCULO
• Su método TruVOF solamente requiere resolver las ecuaciones del
fluido más denso en superficie libre.
• La versión standard es SMP para 32 cores con un excelente cálculo
paralelo.  Importante ahorro en tiempo de cálculo.
• Existe opción de cálculo HPC mediante la licencia FLOW3D MP ®
para cálculo en cluster.
• Opción de interfaz de usuario y cálculo en cluster. Ejemplo POD
(Penguin On Demand)

12. Excelente precision en la Interacción Fluido-Estructura
Superfice Libre
FLOW-3D ® modela la superficie libre
mediante un sencillo y robusto algoritmo
Volume of fraction method (VOF):
• No resuelve las ecuaciones de la
dinámica de los gases o voids (La
dinámica de los gases no es relevante);
en consecuencia el cálculo es más
rápido.
• Registra el cambio de VOF en una celda
mediante ecuaciones de transporte.
• Celdas con VOF<1 y con al menos una
celda adyacente llena es considerada
de superficie.

13. Excelente precision en la Interacción Fluido-Estructura
Ejemplos:

14. Excelente precision en el acoplamiento Fluido-Estructura
Visualizado de elementos móviles (GMO model)
FLOW-3D ® tiene la capacidad de modelización de sólidos en movimiento con
hasta 6 grados de libertad.
• Total acoplamiento Fluido-Estructura
• Simulación de buques, artefactos offshore, convertidores de energía, etc.

15. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura
Visualizado de elementos móviles con superficie libre
Ejemplo:

16. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura
Visualizado de elementos móviles con superficie libre
Ejemplo: Tank Sloshing

17. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura
Fluid Structure Interaction model (FSI model)
Además de la interacción fluido-estructura con respecto al
movimiento, FLOW-3D ® tiene la capacidad de calcular el estrés
mecánico o térmico debido a las fuerzas que puede ejercer un fluido
o a los gradientes térmicos dentro de los elementos móviles.
El mallado por su parte, es de tipo conformado pudiendo crearlo a
partir del mallado estructural de FLOW-3D ® sin necesitad para el
usuario de introducir datos adicionales o mediante la importación de
una malla conforme en formato EXODUS II.

18. Excelente precision en la interacción Fluido-Estructura
FSI model
Ejemplo:

19. Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación
Cavitación:
• Los efectos de la cavitación sobre los
artefactos marítimos son principalmente la
disminución de su durabilidad por la
erosión y eficiencia (por ejemplo, las
hélices de buques durante su
funcionamiento pasan de zonas de alta a
baja presión continuamente).
FLOW-3D® dispone de 3 modelos para
predecir la cavitación:
• Potencial de cavitación
• Modelo pasivo de cavitación
• Modelo activo de cavitación

20. Modelo de potencial de cavitación
• Calcula la probabilidad dentro del dominio computacional de que se genere
cavitación pero no calcula el transporte ni la apertura de las burbujas.
• El tiempo de cálculo es menor.
Modelo pasivo de cavitación
• El algoritmo predice la generación de burbujas y realiza el seguimiento
(transporte por el fluido).
• No permite la apertura la apertura de las burbujas.
Modelo activo de cavitación
• El algoritmo predice la generación de burbujas y realiza el seguimiento
(transporte por el fluido).
• Si calcula la generación de burbuja
Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación

21. Predicción y seguimiento de los fenómenos de cavitación
Ejemplo: High Speeed Bullet

22. Postprocesador de última generación - FlowSight ®
FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®

23. Capacidades adicionales de modelado
Wave boundary condition
FLOW3D® tiene la capacidad de añadir una
condición de contorno de tipo onda que
puede asumir varias configuraciones según
los siguientes modelos:
 Solitary wave
 Linear wave
 Stokes y Cnoidal wave
 Stokes wave
Asi como el espectro de energía:
 Pierson-Moskowitz spectrum
 Jonswap spectrum

24. Capacidades adicionales de modelado
Wave boundary condition
Ejemplo:

25. Capacidades adicionales de modelado
Wave abosorbing layers
Con la finalidad de disminuir el
dominio computacional y/o las
reflexiones de ondas periódicas
que llegan al final de éste, se
puede integrar un elemento o
componente que absorberá el
movimiento de las ondas
reduciendo las reflexiones.
Wave absorbing Element

26. Capacidades adicionales de modelado
Mooring lines, springs and ropes
Capacidad para el modelado de sistemas de
amarre que son utilizados frecuentemente
en artefactos offshore, energías renovables,
buques, etc
 Los extremos de los mooring lines
pueden ser:
• Libres.
• Fijos en el espacio.
• Acoplados a objetos móviles.
 Acciones sobre mooring lines:
• Gravedad
• Flotabilidad
• Fricción por parte del fluido en
contacto

27. Capacidades adicionales de modelado
Wave abosorbing layers and mooring lines
Ejemplo:
Dominio fluido a) sin Absorbing Layer, b) con Absorbing Layer

28. Capacidades adicionales de modelado
Mooring Lines
Ejemplo: rotura de los mooring lines de una TLP
(Tension Leg Platform)

29. Capacidades adicionales de modelado
Mooring Lines, wave boundary and GMO model
Ejemplo: Pelamis wave energy converter

30. Capacidades adicionales de modelado
Ejemplo: Ship Launching
Colision Model
 Interacción entre objetos con movimiento.
 Movimiento de los objetos acoplado con la hidrodinámica.

31. Capacidades adicionales de modelado
Sediment scour model
FLOW-3D® es capaz de modelar:
• El transporte de sedimentos en suspensión
• Deposición por gravedad
• Arrastre por esfuerzos cortantes y
perturbaciones del flujo
• Transporte sobre la cama de sedimentos
Principales parámetros:
• Critical shields number
• Entrainment
• Bed-load transport
• Angle of repose
• packing
Air entrainment model
FLOW-3D® es capaz de modelar:
• La entrada y salida de aire a través
de la superficie libre debido a
fenómenos turbulentos o a las
condiciones del flujo.
 Jet incidente sobre la
superficie libre.
• Incidencia sobre la densidad y el
flujo del fluido.

32. Capacidades adicionales de modelado
Sediment scour model - Ejemplo:

33. Capacidades adicionales de modelado
Air entrainment model - Ejemplo: Spillway

34.  Resuelve las ecuaciones que
rigen la dinámica del gas.
 El modelo es capaz de
calcular los cambios de fase
en la interfaz de ambos
fluidos.
 Nucleación en zonas de
liquido o condensación en
zonas de vapor puede ser
calculado.
Capacidades adicionales de modelado
Modelo de dos fluidos - Ejemplo: wave converter

35. Validaciones experimentales
FLOW-3D ® es un software extensamente validado por diferentes
entidades. No en vano es empleado para multitud de aplicaciones
(al margen de las aplicaciones marinas) en exigentes campos de la
Industria.
• Universidades
• Centros de Investigación
• Benchmarkings en empresas

36. Model hull of NAVY vessel (DTMB 5415)
Validaciones experimentales
Resistencia al avance de un buque
𝐸𝑠𝑙𝑜𝑟𝑎 (𝑚) 5,72
𝐶𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑚) 0,248
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 (𝑚/𝑠𝑒𝑔) 2,0974
𝑅𝑒 12 ∙ 106

37. Validaciones experimentales
Resistencia al avance de un buque
Total Force
(N)
Experimento 22,62
FLOW-3D 22,43

38. Validaciones experimentales
Turbina Marina
Zhang, J, Gao, P.,Zheng, J., Wu, X, Peng, Y., Zhang,T. ‘Current-induced Seabed ScourAround a Pile-supported Horizontal Aix Tidal Stream Turbine’ Journal of Marine Science and
Technology, 23, 929-936, 2015

39. Capacidades de modelado para aplicaciones Maritimas
Generales 1 de 2
Modelado superficie libre
 Mayor precisión y velocidad en los cálculos.
Simulación de elementos móviles
 Acoplamiento completo fluido-estructura.
 Modelado de amarres, muelles elásticos.
Estrés mecánico y deformaciones
 Mallador y Solver interno FEA.
 Exportar resultados a paquetes externos.
 Posibilidad de importar mallas externas.
Cavitación y entrada de aire
 Tres modelos para la predicción de la
cavitación:
 Potencial de cavitación.
 Modelo pasivo de cavitación.
 Modelo activo de cavitación.
 Modelo para la entrada de aire por
fenómenos turbulentos.

40. Capacidades de modelado para aplicaciones Maritimas
Generales 2 de 2
Modelos Turbulentos
 Se cuenta con modelos adecuados
para la predicción de la turbulencia
que es muy importante para el
atrapamiento de aire, fenómenos de
transporte, transferencia de calor,
etc.
Modelo de dos Fluidos
 Resuelve las ecuaciones de la
dinámica de ambos fluidos.
Transporte y deposición de sedimentos
 Modelo para describir la velocidad
relativa entre fases.
 Predicción de la zona de
sedimentación por las corrientes
adyacentes y ángulo de reposo.

41. Más información:
www.flow3d.es