Denominación de la asignatura: DNS y LES
Postgrado al que pertenece: Máster Interuniversitario en Mecánica de Fluidos Computacional
Materia a la que pertenece: Turbulencia y CFD
Créditos ECTS: 6
Cuatrimestre en el que se imparte: Segundo
Carácter de la asignatura: Obligatoria

Presentación

DNS (Direct Numerical Simulation) y LES (Large-Eddy Simulation) son dos técnicas de simulación de flujos turbulentos con un nivel de modelización bajo. Por lo tanto, son capaces de capturar y predecir más «física» del flujo que las simulaciones basadas en RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equations). El nivel de modelización más bajo, y el coste computacional más alto, corresponde a DNS, en la que se resuelven numéricamente «todas» las escalas temporales y espaciales del flujo turbulento. LES representa un nivel intermedio de modelización, ya que se resuelven, mediante la malla de cálculo, las escalas espaciales mayores del flujo, mientras que las más pequeñas que la malla computacional, y por lo tanto inaccesibles, se modelizan.

En la actualidad, DNS se utiliza en geometrías relativamente simples y números de Reynolds bajos, debido a su elevado incremento de coste computacional al aumentar el número de Reynolds. Con el progresivo aumento de la capacidad de cálculo de los ordenadores, en la actualidad, LES se aplica a flujos de interés industrial y ambiental seleccionados a números de Reynolds elevados debido a su menor coste que DNS. En esta asignatura se tratarán de una forma esencialmente aplicada las características principales de DNS y LES. Los contenidos enfatizan, por un lado, el análisis de datos provenientes de DNS y LES y, por otro, la comprensión de la estructura de un código de simulación relativamente sencillo para la simulación de flujos turbulentos, así como la obtención de resultados mediante este código.

Competencias básicas

  • CB9: Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones ¿y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.

Competencias específicas

  • CA1. Aplicar las leyes físicas y las ecuaciones matemáticas que rigen el comportamiento de un fluido en sistemas complejos con o sin transferencia de materia, energía o reacción química.
  • CA3. Diseñar, desarrollar e implementar los algoritmos necesarios para abordar problemas complejos relacionados con la mecánica de fluidos y el transporte de calor, materia o reacción química.
  • CA4. Distinguir los diferentes tipos de ecuaciones diferenciales parciales existentes y conocer los diferentes métodos de resolución analítica o numérica disponibles.
  • CA5. Definir y saber aplicar las diferentes estrategias computacionales que se pueden utilizar para la resolución de las ecuaciones diferenciales parciales y diseñar algoritmos que implementen las técnicas de resolución elegidas.
  • CA6. Determinar el potencial, las limitaciones, las ventajas y las desventajas de los métodos DNS y LES, y saber utilizarlos en problemas de flujo reales, planificando su resolución en función de las herramientas disponibles y de las restricciones de tiempo y recursos.
  • CA7. Identificar los principales programas de simulación numérica disponibles (programas libres y comerciales), saber elegir el que mejor se adapta al problema planteado y saber seguir los pasos necesarios para alcanzar una solución.
  • CA10. Ser capaz de generar algoritmos propios que permitan procesar, visualizar y analizar datos utilizando diferentes técnicas analíticas y numéricas que permitan extraer y gestionar información relativa a las características del flujo y a los fenómenos que este genera en su entorno.

Competencias transversales

  • CT5: Comunicar ideas complejas de forma efectiva a todo tipo de audiencias.

Tema 1. Introducción

  • Introducción y objetivos
  • Características de los flujos turbulentos
  • Las escalas y el espectro de los flujos turbulentos

Tema 2. DNS (Direct Numerical Simulation)

  • Introducción y objetivos
  • Requerimientos de malla y paso de tiempo
  • Desarrollo de un código DNS
  • DNS de turbulencia isotrópica

Tema 3. LES (Large-Eddy Simulation)

  • Introducción y objetivos
  • Las ecuaciones filtradas
  • Modelos de subescala
  • Desarrollo de un código LES
  • LES de turbulencia isotrópica

Las actividades formativas de la asignatura se han elaborado con el objetivo de adaptar el proceso de aprendizaje a las diferentes capacidades, necesidades e intereses de los alumnos.

Las actividades formativas de esta asignatura son las siguientes:

  • Trabajo. Se trata de actividades de diferentes tipos: reflexión, análisis de casos, prácticas, etc.
  • Casos prácticos. Situarán al alumno ante situaciones reales que tendrán que analizar y tras ello tomar decisiones, evaluar consecuencias y alternativas.
  • Participación en eventos. Son eventos programados todas las semanas del cuatrimestre: sesiones presenciales virtuales, foros de debate.
Descargar programación

Estas actividades formativas prácticas se completan, por supuesto, con estas otras:

  • Estudio personal
  • Tutorías. Las tutorías se pueden articular a través de diversas herramientas y medios. Durante el desarrollo de la asignatura, el profesor programa tutorías en días concretos para la resolución de dudas de índole estrictamente académico a través de las denominadas “sesiones de consultas”. Como complemento de estas sesiones se dispone también del foro “Pregúntale al profesor de la asignatura” a través del cual se articulan algunas preguntas de alumnos y las correspondientes respuestas en el que se tratan aspectos generales de la asignatura. Por la propia naturaleza de los medios de comunicación empleados, no existen horarios a los que deba ajustarse el alumno.
  • Examen final presencial

Las horas de dedicación a cada actividad se detallan en la siguiente tabla:

ACTIVIDADES FORMATIVAS HORAS POR ASIGNATURA % PRESENCIAL
Sesiones presenciales virtuales 30 horas 100%
Lecciones magistrales 12 horas 0
Estudio del material básico 100 horas 0
Lectura del material complementario 50 horas 0
Trabajos, casos prácticos 34 horas 0
Sesiones prácticas de laboratorio virtual 24 horas 16,7 %
Tutorías 32 horas 30 %
Trabajo colaborativo 14 horas 0
Examen final presencial 4 horas 100%
Total 300 horas -

Bibliografía básica

Recuerda que la bibliografía básica es imprescindible para el estudio de la asignatura. Cuando se indica que no está disponible en el aula virtual, tendrás que obtenerla por otros medios: librería UNIR, biblioteca...

Los textos necesarios para el estudio de la asignatura han sido elaborados por UNIR y están disponibles en formato digital para consulta, descarga e impresión en el aula virtual.

Además, en estos temas deberás estudiar la siguiente bibliografía:

Bibliografía complementaria

Tema 1

Davidson, P. A. (2018). Turbulence (pp. 57-98). Oxford: Oxford University Press.

Mathieu, J. y Scott, J. (2000). An introduction to turbulent flow (pp. 57-72). Cambridge: Cambridge University Press.

Tennekes, H. y Lumley, J. L. (1972). A first course in turbulence (pp. 1-23). Massachussets: MIT Press.

 

Tema 2

Ferziger, J. H., Péric, M. (2002). Computational methods for fluid dynamics, 3.º edición (pp. 21-36). Berlín: Springer.

Canuto, C., Hussaini, M. Y., Quarteroni, A., Zang T. A (1988). Spectral Methods in Fluid Dynamics (pp.1-12). Berlín: Springer-Verlag.

Tema 3

Meneveau, C., Katz, J. (2000). Scale-invariance and turbulence models for large-eddy simulation. Annual Review of Fluid Mechanics, 32(1), 1-32

Davidson, L. (2018). Fluid mechanics, turbulent flow and turbulence modeling

El sistema de calificación se basa en la siguiente escala numérica:

0 - 4, 9 Suspenso (SS)
5,0 - 6,9 Aprobado (AP)
7,0 - 8,9 Notable (NT)
9,0 - 10 Sobresaliente (SB)

La calificación se compone de dos partes principales: actividades realizadas a lo largo del curso y un examen final.

La evaluación continua supone el 40% de la calificación final. Este 40% de la nota final se compone de las calificaciones obtenidas en las diferentes actividades formativas llevadas a cabo durante el cuatrimestre.

Ten en cuenta que la suma de las puntuaciones de las actividades de la evaluación continua permite que realices las que prefieras hasta conseguir el máximo puntuable mencionado en la programación semanal. En ella se detalla la calificación máxima de cada actividad o evento concreto puntuables.

El examen se realiza al final del cuatrimestre y es de carácter PRESENCIAL y OBLIGATORIO. Supone el 60% de la calificación final y para que la nota obtenida en este examen se sume a la nota final, es obligatorio APROBARLO. En caso de no aprobar este examen existe la posibilidad de realizar un examen extraordinario de recuperación. La calificación de este segundo examen sustituye a la nota del primer examen y continúa teniendo un peso del 60% en la nota final de la asignatura.

El sistema de evaluación de la asignatura es el siguiente:

Sistema de evaluación Ponderación min - max
Participación del estudiante (sesiones, foros, tutorías) 5% - 10%
Trabajos, proyectos, laboratorios/talleres y casos 10% - 30%
Test de autoevaluación 5% - 10%
Examen final presencial 60% - 60%

Jordi Pallarès Curto

Formación académica: Se graduó en Ciencias Químicas por la U de Barcelona en 1992 y obtuvo el título de Dr en Ingeniería Química en 1997 por la URV. Realizó estancias postdoctorales en Chalmers University (Suecia) y en Tokyo University (Japón).

Experiencia: Desempeña actividad docente universitaria desde 1993 en el ámbito de la Mecánica de Fluidos y los Fenómenos de Transporte.

Líneas de investigación: Forma parte del grupo ECoMMFiT (https://ecommfit.urv.es). Es coautor de 65 publicaciones en revistas indexadas del ámbito de la Mecánica de Fluidos, Fenómenos de Transporte e Ingeniería Química. Tiene reconocidos tres sexenios de investigación. Ha dirigido 11 Tesis doctorales y ha participado como investigador en 14 proyectos I+D del MINECO, en 2 como IP y en 12 proyectos de transferencia, en 2 como IP. Es coautor de una patente. Tiene reconocidos cuatro quinquenios de docencia.

Obviamente, al tratarse de formación online puedes organizar tu tiempo de estudio como desees, siempre y cuando vayas cumpliendo las fechas de entrega de actividades, trabajos y exámenes. Nosotros, para ayudarte, te proponemos los siguientes pasos:

  1. Desde el Campus virtual podrás acceder al aula virtual de cada asignatura en la que estés matriculado y, además, al aula virtual del Curso de introducción al campus virtual. Aquí podrás consultar la documentación disponible sobre cómo se utilizan las herramientas del aula virtual y sobre cómo se organiza una asignatura en la UNIR y también podrás organizar tu plan de trabajo personal con tu profesor-tutor.
  2. Observa la programación semanal. Allí te indicamos qué parte del temario debes trabajar cada semana.
  3. Ya sabes qué trabajo tienes que hacer durante la semana. Accede ahora a la sección Temas del aula virtual. Allí encontrarás el material teórico y práctico del tema correspondiente a esa semana.
  4. Comienza con la lectura de las Ideas clave del tema. Este resumen te ayudará a hacerte una idea del contenido más importante del tema y de cuáles son los aspectos fundamentales en los que te tendrás que fijar al estudiar el material básico. Consulta, además, las secciones del tema que contienen material complementario.
  5. Dedica tiempo al trabajo práctico (sección Actividades y Test). En la programación semanal te detallamos cuáles son las actividades correspondientes a cada semana y qué calificación máxima puedes obtener con cada una de ellas.
  6. Te recomendamos que participes en los eventos del curso (sesiones presenciales virtuales, foros de debate…). Para conocer la fecha concreta de celebración de los eventos debes consultar las herramientas de comunicación del aula vitual. Tu profesor y tu profesor-tutor te informarán de las novedades de la asignatura.

En el aula virtual del Curso de introducción al campus virtual encontrarás siempre disponible la documentación donde te explicamos cómo se estructuran los temas y qué podrás encontrar en cada una de sus secciones.

Recuerda que en el aula virtual del Curso de introducción al campus virtual puedes consultar el funcionamiento de las distintas herramientas del aula virtual: Correo, Foro, Sesiones presenciales virtuales, Envío de actividades, etc.

Ten en cuenta estos consejos...

  • Sea cual sea tu plan de estudio, accede periódicamente al aula Virtual, ya que de esta forma estarás al día de las novedades del curso y en contacto con tu profesor y con tu profesor tutor.
  • Recuerda que no estás solo: consulta todas tus dudas con tu profesor-tutor utilizando el correo electrónico. Además, siempre puedes consultar tus dudas sobre el temario en los foros que encontrarás en cada asignatura (Pregúntale al profesor).
  • ¡Participa! Siempre que te sea posible accede a los foros de debate. El intercambio de opiniones, materiales e ideas nos enriquece a todos.
  • Y ¡recuerda!, estás estudiando con metodología on line: tu esfuerzo y constancia son imprescindibles para conseguir buenos resultados. ¡No dejes todo para el último día!