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Programa VEM 2003 Proyectos I+D+i
Título: Predicción del transporte de calor por convección natural del fuel en los pecios. Modelización y simulación hidrodinámica.
Investigador principal: Codina Rovira, Ramón
Plan de trabajo:

El inesperado accidente del buque Prestige ha puesto de manifiesto que cuando ocurre una emergencia, es necesario tener preparadas las herramientas de análisis que posibiliten la acertada toma rápida de decisiones. Sin embargo, el comité asesor sobre el hundimiento del anterior buque ha revelado que en España existe una fuerte carencia en este aspecto.

Un problema relevante en la toma de decisiones en situaciones de vertidos marinos es la predicción de la velocidad de enfriamiento y del comportamiento fluidodinámico de las sustancias que queden en los pecios, como el fuel. La complejidad de los fenómenos de transporte que pueden tener lugar (causada por altos números de Grashof y Rayleigh) las ecuaciones constitutivas no lineales del fuel y el tratamiento de los términos que modelan la flotabilidad, son algunos aspectos críticos en el estudio del transporte de convección de calor del fuel en los pecios y que exigen una gran demanda de medios computacionales, tanto de memoria como de tiempo de CPU.

Por tanto, en este proyecto tres universidades españolas van a unir sus recursos para desarrollar unas herramientas fiables capaces de predecir con la mayor precisión y en el menor tiempo computacional posible el comportamiento fluidodinámico de fluidos como el fuel y otras sustancias nocivas en los pecios.

Cada uno de los Centros de Investigación desarrollará una técnica numérica diferente independiente, lo que permitirá comparar, validar y extraer conclusiones sobre la mejor estrategia. Asimismo, cada grupo aportará conocimientos en su área de experiencia.

Más concretamente, los objetivos del Subproyecto Nº1 se centran en el desarrollo de métodos numéricos de última generación basados en métodos multi-escala de elementos finitos, incluyendo estimación y control de error, de forma que la solución y el mallado se optimicen sin intervención del usuario. Como parte fundamental del proyecto, se contempla la paralelización de los programas de cálculo para una estación de trabajo novedosa de altas prestaciones que se va a desarrollar a propósito, todo de la forma más transparente posible para el usuario.

El Subproyecto Nº 2, desde el punto de vista numérico, seguirá una estrategia similar a la del Suproyecto Nº 1. En particular, se usarán métodos de estabilización que se podrán comparar con los usados en el Subproyecto Nº 1. Asimismo, con el fin de reproducir con exactitud la evolución temporal de las variables del flujo, se desarrollarán técnicas de integración en el tiempo de alto orden, las cuales se usarán en combinación con estrategias de paso fraccionado para obtener una mayor eficiencia computacional. Un aspecto destacable de esta formulación es su "implementación", la cual se llevará a cabo mediante un esquema nodal de alta eficiencia computacional. Desde el punto de vista del modelo físico, se propone estudiar el efecto de dos fenómenos concretos: la reología no lineal del fluido y el uso de modelos de flotación de alto orden, dado que es de esperar la aparición de gradientes térmicos importantes. El modelo desarrollado se incluirá dentro del programa de pre y post-proceso GiD, el cual facilita las labores de generación de malla y condiciones de contorno y la visualización de los resultados.

Respecto a los objetivos del Subproyecto Nº3, estos se centran en la resolución numérica de las ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento y de la energía, utilizando métodos de elementos finitos junto con métodos de características de orden 2. Con ello se pretende obtener métodos de orden dos en tiempo y en espacio y, por tanto, la posibilidad de aumentar el paso de tiempo en el problema evolutivo. El siguiente problema que se tiene que resolver es el debido al acoplamiento de los dos modelos. Un segundo problema es el estudio analítico de la estabilidad de los flujos de Rayleigh. Para la validación de los programas de simulación se utilizará el problema que describe la convección estacionaria entre dos placas horizontales mantenidas a temperaturas dadas, y cuya solución ha sido obtenida por Pellew y Southwell. Por último, los resultados se compararán con los obtenidos en los otros subproyectos.

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Fecha: 19/09/2017
Oficina Técnica de Vertidos Marinos
Universidade de Vigo