Denominación de la asignatura: Modelización Clásica de la Turbulencia
Postgrado al que pertenece: Máster en Mecánica de Fluidos Computacional
Créditos ECTS: 6
Carácter de la asignatura: Obligatoria

Presentación

Los objetivos generales de la asignatura Modelización Clásica de la Turbulencia son:

  • Revisitar la formulación de las ecuaciones de conservación del momento, calor y materia enfatizando la no-linearidad de los términos que daran lugar al flujo turbulento
  • Presentar una descripción estadística de la turbulencia introduciendo conceptos clave para su caracterización.
  • Justificar la necesidad de modelización bajo un prespectiva industrial.
  • Derivar la ecuaciones de campo medio y fluctuante introduciendo el concepto de correlaciones turbulentas.
  • Describir las distintas estrategias clásicas de modelización/parametrización de la turbulencia.

Bajo el enfoque eminentemente práctico de este máster, el estudiante no necesita una descripción detallada de la estructura turbulenta del flujo pero deberá, por un lado, entender los principios físicos básicos de la turbulencia y sus efectos prácticos sobre el transporte macroscópico de momento, calor y/o materia y , por otro lado, conocer las herramientas a su alcance que permitan incorporar estos efectos en las simulaciones numéricas de CFD.

Así, este curso debe proporcionar una visión general de las aproximaciones disponibles en la mayoria de entornos computacionales para resolver flujos turbulentos bajo una perspectiva crítica que permita valorar los resultados de acuerdo con las limitaciones propias de cada método. En un entorno con restricciones en cuanto a costes computacionales, el alumno deberá ser capaz de decidir que modelo utilizar para optimizar el balance entre costes y fiabilidad de la solución numérica.

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.

Competencias transversales

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

Tema 1. Descripción y características de la turbulencia

  • Introducción
  • Una definición de la turbulencia
  • Características del flujo turbulento
  • El concepto de cascada en turbulencia
  • El espectro de energía turbulenta
  • Resumen

Tema 2. Simulación numérica de la turbulencia

  • Introducción
  • Características de los flujos turbulentos
  • Descripción estadística de la turbulencia
  • Conceptos básicos en turbulencia
  • Las escalas de Kolmogorov
  • El forzado de la turbulencia
  • DNS y costes computacionales: la ley de Moore

Tema 3. Descomposición de Reynolds

  • Introducción
  • La descomposición de Reynolds
  • RANS
  • URANS
  • Fundamentos de interacciones tensión/deformación

Tema 4. Modelos de turbulencia

  • Introducción y objetivos
  • Introducción
  • La viscosidad turbulenta
  • Modelos de una ecuación
  • Modelos de dos ecuaciones
  • Funciones de pared para modelos de viscosidad turbulenta
  • Modelos de turbulencia avanzados
  • El transporte de escalares

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:

  • Trabajos. En la programación semanal, puedes consultar cuándo hacerlos y en el Aula virtual encontrarás toda la información sobre cómo desarrollarlos y cómo y cuándo entregarlos.
  • 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 15 horas 100%
Lecciones magistrales 6 horas 0
Estudio del material básico 50 horas 0
Lectura del material complementario 25 horas 0
Trabajos, casos prácticos, test 17 horas 0
Sesiones prácticas de laboratorio virtual 12 horas 16,7%
Tutorías 16 horas 30%
Trabajo colaborativo 7 horas 0
Examen final presencial 2 horas 100%
Total 150 horas -

Bibliografía básica

Recuerda que la bibliografía básica es imprescindible para el estudio de la asignatura.

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

Aparte, para completar el estudio es importante que leas los capítulos 2,3,4,5,7,8,9 y 10 del libro recomendado Statistical Turbulence Modelling for Fluid Dynamics - Demystified de Michael Leschziner.

Bibliografía complementaria

  • 1. Notas propias, F. X. Grau
  • 2. Statistical Turbulence Modelling for Fluid Dynamics – Demystified, Michael Leschziner. Imperial College, UK (2015)
  • 3. An Introduction to Turbulence Models, Lars Davidson, Chalmers University of Technology (2015)
  • 4. Turbulence Modelling for CFD, David Wilcox, DCW Industries Inc. (2010)
  • 5. Turbulent Flows, Stephen Pope, Cambridge University Press (2000)
  • 6. A First Course in Turbulence, H. Tennekes and J. L. Lumley, MIT Press (1972)

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) 0% - 40%
Trabajos, proyectos, laboratorios/talleres y casos 0% - 40%
Test de autoevaluación 0% - 40%
Examen final presencial 60% - 60%

Alexandre Fabregat Tomás

Doctor en Ingeniería (Universidad Rovira i Virgili). Postdoc en la Universidad de Ottawa (Canadá). Postdoc en la City University of New York (USA). Miembro del Consortium for Advanced Research on Transport of Hydrocarbons in the Environment (CARTHE).

Formación académica: Doctor en Ingeniería por la Universitat Rovira i Virgili con un trabajo de tesis centrado en determinar mediante simulaciones CFD el efecto de las fuerzas de flotación y la reacción química sobre las características de la turbulencia en configuraciones de flujo de canal. Licenciado en Ingeniería Química y Ingeniería Técnica lnduistrial por la Universidad Rovira i Virgili.

Experiencia: Después del doctorado, participó en diferentes proyectos de transferencia como personal de Investigación en el Departame nto de Ingeniería Mecánica de la Universitat Rovira i Virg ili en el campo de la Computación en Mecánica de Fluidos. Durante el doctorado, impartío docencia en Métodos computacionales y Métodos Numéricos en Ingeniería. Posteriormente, durante su estancia como postdoc en el Departamento de Matemáticas de la City University of New York (USA) impartió la asignatura de Métodos Computacionales en el grado de Matemáticas.

Líneas de investigación:Actualmente es miembro del grupo de investigación en Mecánica de Fluidos del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Rovira i Virgili. También colabora con el Consortium for Adanced Research on Transport of Hydrocarbons in the Environment (CARTHE) y el Departamento de Matemáticas de la City University of New York en dos líneas de investigación principales: Estudio de la dinámica de plumas flotantes como resultado de vertidos multifásicos en entornos estratificados bajo rotación. Análisis numérico de los procesos de dispersión en la superficie y la capa de mezcla oceánica. A. Fabregat, W. K. Dewar, T. M. Ózgokmen , A. C. Poje, N. Wie nd ers, "Numeric al simulations o f turbulent thermal, bubbl e a d hybrid plumes", Ocean Mod elíng 90, 16 -28. (2015) A. Fabregat , A. C. Poje,T. M. Ozgokmen, W. K. Dewar, "Effects of rotati on on turbu lent buoyant p lu m es in st ratified environments", Jou rnal of Geophysical Research: Oceans 121, 5397-5417. (2016) A. Fabrega t, A. C. Poje, T. M. Ozgokmen, W. K. Dewar, "Dynamics of multiphase turbulent plumes wit h hybrid buoyancy sources in stratified environments", Physics of Fluids 28, 095109. (2016).

 

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 de Lo que necesitas saber antes de empezar. Aquí podrás consultar la documentación disponible sobre cómo se utilizan las herramientas del aula virtual y sobre cómo se organiza una asignatura 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 las lecturas que se te indican en el tema. Esto te ayudará a hacerte una idea del contenido más importante del tema y de cuáles son los aspectos fundamentales. Consulta, además, las otras secciones del tema que contienen material complementario (A fondo).
  5. Dedica tiempo al trabajo práctico (sección Actividades). En la programación semanal te detallamos cuáles son las actividades correspondientes a cada semana.
  6. Te recomendamos que participes en los eventos del curso (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 de Lo que necesitas saber antes de empezar encontrarás siempre disponible la documentación donde te explicamos cómo se estructuran los temas y qué podrás encontrar en cada una de sus secciones: Lecturas obligatorias, Lecturas recomendadas, Otros recursos y Actividades.

Recuerda que en el aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar puedes consultar el funcionamiento de las distintas herramientas del Aula virtual: Correo, Foro, 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!