Aplicación de FLOW-3D a la ingeniería hidráulica. En esta presentación se ven las capacidades de FLOW-3D para simulación de sistemas de ingeniería civil y medioambiental. Aplicación directa al diseño de presas, aliviaderos así como a la predicción de los efectos de catástrofes como rotura de balsas, presas, etc. FLOW-3D es el software líder de simulación de sistemas hidráulicos a nivel mundial y es empleado por numerosas ingenierías y centros académicos en sus estudios y validaciones.

1. Presentación general de FLOW-3D®
para Ingeniería Hidráulica
Diciembre de 2014

2. Indice de contenidos
• Flow Science Inc y Simulaciones y Proyectos SL
• ¿Qué es FLOW-3D ®?. Ventajas competitivas
• Principios generales de funcionamiento de FLOW-3D ®
• Capacidades de modelado específicas para Hidráulica

3. 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

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. Simulaciones y Proyectos, SL
Empresa distribuidora del software
• Fundada en 2006
• Oficinas en Bilbao – Madrid – Bogotá
• Asociado de Flow Science Inc en España desde 2007
• Distribuye en exclusiva los productos de Flow Science Inc (FLOW-3D® /
FLOW-3D Cast® / FLOW-3D MP ®) en España, Portugal y Suramérica

6. FLOW-3D ®
Ventajas competitivas
• FLOW-3D ® es un software CFD de propósito general válido para
cualquier tipo de fluido y régimen.
• Líder mundial en simulación de fluidos en Superficie Libre
• Empleado por Universidades, Centros de investigación y
departamentos de ingeniería e I+D.
• FLOW-3D ® incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias
para simular sistemas hidráulicos 2D / 3D de forma completa.

7. FLOW-3D® / FLOW-3D Cast®
Ventajas competitivas
• 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 (sin coste adicional). Se usan
todos los procesadores disponibles del ordenador para el cálculo.
• Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN
• Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional)

8. FLOW-3D® / FLOW-3D Cast®
Ventajas competitivas – Postprocesador FlowSight ®
FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®

9. Principios generales de funcionamiento
• Método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference Method
• Numéricamente muy estable y fácil de implementar
• Robusto, preciso y facilmente customizable
x
y
Centro de celda:
• Presiones
• Temperaturas
• Escalares
• Fuerzas
Caras de celda
• Velocidades
• Esfuerzos

10. Principios generales de funcionamiento
Geometría
• La geometría se importa en formato STL (StereoLithography)
• El terreno se importa como nube de puntos XYZ o bien en formato STL
• El software puede reparar o descartar fallos posibles el STL sin fallar.
FLOW-3D ®CAD 3D (SpaceClaim…)

11. Principios generales de funcionamiento
Mallado (1 de 3)
• El mallado es estructurado (celdas cúbicas o paralelepipédidas) - Facilidad
• Tipos de mallado
Bloques enlazados
Se malla unicamente las zonas de
interés

12. Principios generales de funcionamiento
Mallado (2 de 3)
Bloques anidados
Bloques de malla más finos, dentro de
bloques más gruesos.
Mejora la resolución de flujo en zonas
críticas
• Tipos de mallado

13. Principios generales de funcionamiento
Mallado (3 de 3)
• Tipos de mallado
Se reduce en gran medida el número de celdas total – Rapidez de cálculo
Se realiza automáticamente - Sencillez
Malla conformada
Malla conformada al sólido
para refinado local.

14. 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 malla
FAVOR TM

15. Principios generales de funcionamiento
La superficie libre
• 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.

16. Principios generales de funcionamiento
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.
– 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

17. Capacidades de modelado generales
Modelos de turbulencia
 Prandtl mixing length
 One-equation transport
 Two-equation κ-ε model
 Two-equation κ-w model
 RNG model
 Large eddy simulation
Modelos de turbulencia
 Superficie libre y confinado
 3D, 2D y 1D
 Flujo transitorio
 Flujo no viscoso, viscoso
laminar, turbulento
 Flujos bi-fásicos
 Newtonianos, no newtonianos
Condiciones de contorno
 Simetría
 Pared rígida / flexible
 Continuidad
 Periódica
 Presión especificada
 Velocidad especificada
 Outflow
 Presión hidrostática
 Caudal
 Oleaje

18. Capacidades de modelado generales
Resultados
 Gráficos automáticos o customizados
 Gráficos interactivos Open-GL
 Vectores, contornos, superficies 3D, ploteado
de partículas
 Datos históricos de puntos probeta
 Datos de interacción fluido-estructura
 Cálculos de fuerza y momento
 Videos
 Opciones de PostScript, JPEG y Bitmap output
 Lineas de corriente & flow ribbons
 Visor de geometría STL
Opciones numéricas
 VOF / TruVOF
 1º y 2º órdenes de movimiento
 Opción Implícita / Explícita
 Solvers de presión GMRES solver
Point&Line relaxation pressure solver
 Variables customizadas
 Interacción durante la ejecución

19. Capacidades importantes de modelado
para Ingeniería Hidráulica
 Entrada de aire
 Modelo híbrido 2D/ 3D
 Condición de contorno de oleaje
 Arrastre y sedimentación
 Objetos en Movimiento
 Modelo de stress y deformaciones
 Transporte de escalares
 Mallas, filtros
 Cavitación
 Interacción fluido-estructura
 Reacciones químicas
 Evaporación, solidificación

20. Capacidades de modelado en Hidráulica
Entrada de aire
 Reduce cavitación
 Mejora la oxigenación para fauna
acuática o para el estudio de
aireadores en plantas de tratamiento
de efluentes.
 FLOW-3D ® tiene en cuenta el
fenómeno del hinchamiento del fluido
por atrapamiento de aire

21. Capacidades de modelado en Hidráulica
Modelo híbrido 2D/3D
 Permite estudiar flujos superficiales con efectos locales 3D
 Aplicación en inundaciones y efectos locales en pilares de puentes, etc

22. Capacidades de modelado en Hidráulica
Condición de contorno de oleaje
 Oleaje lineal
 Oleaje no lineal – Stokes
 Ola solitaria

23. Capacidades de modelado en Hidráulica
Arrastre y sedimentación
 Transporte de sedimentos
depositados, en suspensión
 Sedimentación
 Múltiples especies de sedimentos
 Diferentes propiedades: tamaño de
grano, densidad, esfuerzo cortante
crítico
 Válido para simulaciones 2D/3D

24. Capacidades de modelado en Hidráulica
Objetos en movimiento
 Permite múltiples GMOs
 Movimiento acoplado al fluido con
posibilidad de prescribir movimiento
 No requiere mallado durante el
movimiento del sólido. Gran velocidad
de cálculo
 Permite generar movimiento en
compuertas, válvulas, etc.

25. Aplicaciones en Ingeniería Hidráulica
 Eventos catastróficos (rotura de presas, rotura de balsas)
 Presas, Aliviaderos
 Pasos de peces
 Municipal
 Hidráulica fluvial

26. Aplicaciones en Ingeniería Hidráulica
Eventos catastróficos – Rotura de presas
 Rotura de presas y efectos aguas
abajo.
 Rotura de balsas de lodos
 Deslizamiento de tierras

27. Aplicaciones en Ingeniería Hidráulica
Eventos catastróficos – Aliviaderos

28. Aplicaciones en Ingeniería Hidráulica
Paso de peces

29. Aplicaciones en Ingeniería Hidráulica
Municipal
 Hidráulica municipal en
saneamiento
 Dimensionado de tanques de
tormenta.
 Combinación de sistemas en carga
y fluidos en superficie libre
 Estudio de rejillas, sumideros,
entrada de aire.

30. Salidas específicas para hidráulica
 Trazadores de flujo y mezcla
 Tiempo de residencia del fluido
 Elevación de la superficie libre
 Profundidad del fluido
 Número de Froude
 Intensidad turbulenta, viscosidad dinámica
turbulenta, energía cinética turbulenta,
disipación de energía turbulenta, escala de
longitud de mezcla turbulenta
 Distancia recorrida por el fluido Distance
traveled by fluid packets
 Vorticidad
 Velocidad promediada en profundidad
 Velocidad a una altura ofseteada del
fondo
 Energía hidráulica y altura total
 Esfuerzo cortante sobre superficies
 Concentración de entrada de aire
 Concentración de sedimentos en
suspensión
 Cambio en la elevación del fondo
debido a la erosión y sedimentación
 Concentración de contaminantes,
incluyendo densidad de mezcla local

31. Más información:
www.simulacionesyproyectos.com