Este documento presenta el software de simulación de fluidos FLOW-3D desarrollado por Flow Science Inc. FLOW-3D utiliza el método de diferencias finitas para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes y simular flujos de fluidos en 3D. El documento describe las capacidades del software para simulaciones de ingeniería civil, como hidráulica, fundición y aplicaciones marítimas.

1. Presentación general del software
Aplicaciones generales
Septiembre 2017

2. Indice de contenidos
• Desarrollador: Flow Science Inc
• FLOW-3D ®. Características generales
• FLOW-3D ®. Principios generales de funcionamiento
• Capacidades de modelado específicas para Ingeniería Civil
• Aplicaciones para Ingeniería Civil

3. Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
• Año de fundación de la Compañía: 1980
• Lugar: Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU)
• Primera licencia comercial: 1985
• Desarrolla y comercializa FLOW-3D® y productos
asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D MP
• Presencia multinacional
• > 50% de usuarios de Ingeniería Civil
Vista de Los Alamos National Labs
Headquarters en Santa Fe, NM, USA

4. Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
USA*
Australia
Canada
China
Finland
Germany
Greece
India
Italy
Japan
Korea
Malaysia
Norway
Poland
Russia
Singapore
Spain
Taiwan
Thailand
Turkey
* Oficinas de Flow Science

5. ¿Qué es FLOW-3D® ?
• FLOW-3D ® es un software CFD de propósito general válido para
cualquier tipo de fluido y régimen.
• Empleado por Universidades, Centros de investigación y
departamentos de ingeniería e I+D de empresas comerciales.
• FLOW-3D ® incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias
para simular sistemas de fluidos 3D
• Aunque permite simular cualquier fluido y régimen, es líder mundial
en simulación de fluidos en Superficie Libre

6. Características generales
• Originado y perfeccionado desde hace más de 30 años
• Específico para simulación transitoria de fluidos en Superficie Libre
• Aplicable para cualquier tipo de fluido y régimen
• Empleado por Universidades, Centros de investigación y departamentos de
ingeniería e I+D.
• Gran número de validaciones de sus modelos numéricos
• Incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias para simular
sistemas 2D / 3D de forma completa.

7. Principios generales de funcionamiento
• Las ecuaciones de Navier – Stokes
– Describen el comportamiento de un fluido (en el tiempo y en el espacio)
– Formuladas en derivadas parciales no lineales
– No hay solución directa, se resuelven por aproximación (Diferencias finitas /
Volúmenes finitos)
• El método de Diferencias Finitas
– Se discretiza el dominio en celdas cúbicas (paralelepípedos)
– Se reescriben las derivadas de las ecuaciones de N-S por medio de aproximaciones
(diferencias finitas) con respecto al valor de la función incógnita en cada celda.
– A partir de la ecuación diferencial se reduce el problema a la solución de un sistema
de ecuaciones más simple (lineales)

8. • Ventajas de los métodos de DF
– Numéricamente muy estable y fácil de implementar
– Robusto, preciso y fácilmente customizable
– Mallado sencillo y prácticamente independiente del modelo
– Validado experimentalmente
– Rapidez de cálculo
• Desventajas de los métodos de DF
– Interpretación de la geometría (“escalonada”)
– Condiciones de contorno
• FLOW-3D ® EMPLEA UN MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS OPTIMIZADO
QUE ELIMINA LAS DESVENTAJAS INHERENTES AL MÉTODO Y POTENCIA LAS
VENTAJAS. PARTIENDO DE UN MÉTODO DE CÁLCULO ROBUSTO SE HAN
DESARROLLADO MODELOS MATEMÁTICOS PARA DIVERSAS APLICACIONES
Principios generales de funcionamiento

9. x
y
Centro de celda:
• Presiones
• Temperaturas
• Escalares
• Fuerzas
Caras de celda
• Velocidades
• Esfuerzos
Principios generales de funcionamiento

10. Principios generales de funcionamiento
Importación de la Geometría
• La geometría se importa
– En formato StereoLithography (*.STL)
– En formato RASTER (*.ASC) para asignar automaticamente rugosidades (vegetación,
terreno, etc)
FLOW-3D ®CAD 3D

11. Principios generales de funcionamiento
Mallado
• El mallado es estructurado (celdas cúbicas o paralelepipédidas)
• Tipos de mallado
Bloques enlazados
Se malla unicamente las
zonas de interés
Bloques anidados
Bloques de malla más finos,
dentro de bloques más gruesos.
Mejora la resolución de flujo
en zonas críticas
Malla conformada
Malla conformada al sólido para
refinado local.

12. Principios generales de funcionamiento
Interpretación de la geometría
• Se interpreta la geometría dentro de la malla establecida – Free Meshing
• Auto-Checking de la calidad de la malla
FLOW-3D chequea de forma
automática la calidad de la mallaFAVOR TM

13. Principios generales de funcionamiento
Interpretación de la geometría
• Se interpreta la geometría dentro de la malla establecida – Free Meshing
• Auto-Checking de la calidad de la malla
FLOW-3D La geometría queda
perfectamente Interpretada de forma
suave y precisa.

14. Principios generales de funcionamiento
La lámina (superficie) libre de fluido
• Que es Superficie Libre?
– Donde existe interfase Liquido/Gas.
– Donde los gradientes de presión
en un gas son pequeños.
– Donde el ratio de densidad entre fluidos es grande.
• Si no se reproduce fielmente la superficie libre en el software de fundición,
el resto de resultados PUEDEN NO SER FIABLES.

15. Principios generales de funcionamiento
Lámina libre - Métodos VOF / TruVOF ®
• Método VOF (Volume Of Fluid)
– Desarrollado originalmente por Anthony Hirt
(fundador de Flow Science Inc
– Se resuelven las ecuaciones de ambos fluidos
– Costoso en cálculo y dispersión de la lámina libre.
• Método TruVOF ®
– Desarrollado por Flow Science Inc
– Resuelve sólo las ecuaciones del fluido más denso
imponiendo BCs de presión en cada celda.
– Lámina libre perfectamente definida y nítida
– Mucha precisión y no es costoso en cálculo
Fluid
Void
La distribución de la función VOF
determina la orientación de la interfase

16. Ventajas competitivas
Generales
• 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. En su versión standard , se pueden
usar todos los procesadores disponibles del ordenador para el cálculo (hasta
32).
• Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN
• Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional)

17. Ventajas competitivas
Postprocesador FlowSight ®
FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®

18. Ventajas competitivas
Cálculo HPC
• Permite realizar cálculos en varios computadores
(Cluster) a través de su licencia FLOW-3D MP®
• Útil para:
– Grandes dominios de cálculo
– Tiempos de simulación elevados
– Varias simulaciones al mismo tiempo
• Activo para usuarios de SMP a través de la
plataforma POD

19. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Ingeniería aeroespacial
Tanques con fluido criogénico
Permite simular un fluido en estado
líquido o parcialmente gasificado junto
con otro gas no condensable.
Boquillas de inyección
Por ejemplo la simulación por
boquillas de tipo Laval para
control del flujo de Helio.
Permite simular flujos
supersónicos
Cavitación
FLOW-3D permite simular la la
nucleación, crecimiento y colapso de
burbujas de vapor en un líquido.
En el ejemplo se ve la formación de
burbujas en el ensanchamiento de una
boquilla por disminución de presión.
Dinámica de Sloshing en tanques
Permite simular el comportamiento de un fluido en un tanque de
combustible sometido a efectos dinámicos.
Permite además simular los efectos de carga eléctrica que causa
la mezcla líquido-vapor.

20. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Microfluidos
Termocapilaridad
A través de fenómenos de termocapilaridad, el
fluido permite transmitir información entre
diferentes fibras según su posición
Procesos simulados
 Capilaridad
 Dielectroforesis
 Electro-osmosis
 Electro-wetting
 Inyección de tinta
 Calentamiento Joule
 Flujos multifásicos
Llenado por capilaridad
El fluido entra en tubo por el fenómeno de capilaridad

21. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Microfluidos
Dielectroforesis
Se induce movimiento de partículas de fluido
cargadas eléctricamente.
Procesos simulados
 Capilaridad
 Dielectroforesis
 Electro-osmosis
 Electro-wetting
 Inyección de tinta
 Calentamiento Joule
 Flujos multifásicos
Electro-ósmosis / Microbombeado
El movimiento del fluido es controlado por la
aplicación de potencial eléctrico entre cada slot
del canal en el que está dividido.

22. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Imprimación / Pintura (coatings)
Slot coating
Procesos simulados
 Slide coating
 Slot coating
 Two-layer clot coating
 Multi-Layer slide coating
 Dip coating
 Curtain coating
 Spin coating
 Gravure printing
 Roll coating
 Drying
Gravure printing
Multi-Layer coating
Simulación de fluidos en
medios porosos
Fingering

23. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Biotecnología
Modelado de la cavidad nasal y aspiración
FLOW-3D permite simular el comportamiento de las partículas
aspiradas por vías nasales (droga, medicamentos, etc)
Residuo seco tras la evaporación
FLOW-3D permite simular el residuo que permanece sobre un
medio tras la evaporación del fluido contenedor
Disolución
Por ejemplo: Disolución de sal (ver bloque verde) en fluidos
Otras capacidades adicionales
 Reacciónes químicas
 Mezcladores activos (GMOs)
 Mezcladores pasivos
 Paredes deformables (venas, arterias)
 Tensión superficial (dispensadores de gotas, pipetas, etc)

24. • Fundición por gravedad
• Fundido a alta presión (HPDC)
• Fundido a baja presión
• Vertido por inclinación
• Fundición a presión (squeeze casting)
• Fundición en continuo
• Fundición por centrifugado
• Fundición a la cera perdida
• Semisolid casting (Thixocasting – Rheocasting)
Vertido por gravedad Cera perdidaVertido por inclinacion
Centrifugado Semi-solido
Alta Presión HPDC
Aplicaciones de FLOW-3D ®
Fundición metálica

25. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Fundición metálica – Llenado y solidificación

26. Core Filling
Color – velocity magnitude
Air vents
Aplicaciones de FLOW-3D ®
Fundición metálica – Soplado y secado de arena

27. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Diseño de presas aliviaderos

28. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Diseño de presas aliviaderos
Estudio de entrada de aire en
cursos hidráulicos

29. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Diseño de presas, cuencos

30. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Diseño de presas, cuencos

31. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Erosión, arrastre, sedimentación

32. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Rampas de peces

33. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Saneamiento municipal

34. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Hidraulica – Objetos en movimiento
Objeto con movimiento acoplado al fluido

35. Aplicaciones de FLOW-3D ®
Naval – Marítima - Costera
Objeto con movimiento acoplado al fluido

36. Más información:
www.flow3d.es
Gracias por su atención