Computational Fluid Dynamics: Review and Analysis of Applications in Engineering

Yusniel Cruz Gavilan, Pedro A. Valdés Hernández, Alexander Laffita Leyva, María Victoria Gómez Águila, Carmen María Chuairey

Abstract

At present, with the development of professional tools such as SOLIDWORKS, ANSYS, the fields of application of simulation have significantly increase, especially, Computational Fluid Dynamics (CFD) in engineering. The objective of the work was to make a review and analysis of the applications of the Computational Fluid Dynamics, in the field of Engineering, but with greater emphasis in Agricultural Engineering. The analysis shows the high performance of Computational Fluid Dynamics in Engineering in general and in specific areas like thermo mechanical equipment, electrical equipment and installations, electronic equipment and assemblies in industrial and building ventilation, turbo machinery, automobile and agricultural machinery and greenhouse industry. Three fundamental application fields are identified: simulation of the equipment mentioned with the purpose of achieving operation parameters and more rational designs, improvement in the design and structure of equipment, provided the possibility of evaluating a wide diversity of design options and simulation of processes, with or without phase transitions, solid-fluid interactions, among others. The investigations carried out belong to the field of Agricultural Engineering, theoretical analysis and finite elements of load losses in a central pivot irrigation system, centrifugal pumps, effect of wind on the air flow of agricultural sprayers and climate in greenhouses.

Keywords

agricultural engineering; process simulation; rational design

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References

BARAZAL, I.; SALA, J.M.: Interés y posibilidades de la dinámica de fluidos computacional, [en línea], www.academia.edu, 2019, Disponible en: https://www.academia.edu/ 10539747/inter% c3%89s_y_ posibilidades_de_la_din%c3%81mica_de_fluidos_computacionaL.

BONÉ, G.A.; VIDAL, C.M.; MALÓN, L.H.; PUYUELO, B.J.; GARCÍA, R.F.J.: “Caracterización del flujo de aire generado por pulverizadores hidroneumáticos mediante dinámica de fluidos computacional (CFD)”, En: 18th International Congress on Project Management and Engineering Alcañiz, 16-18th July 2014, Ed. Escuela Politécnica Superior Huesca, Huesca, España, 2014.

BRAZEE, R.D.; DI PRINZIO, A.; BEHMER, S.; GIULIETTI, L.; MAGDALENA, J.C.: “Pérdidas provocadas por pulverizadores hidroneumáticos en fruticultura”, [en línea], En: Memorias de Ingeniería Rural y Mecanización Agraria en el Ámbito Latinoamericano, Ingeniería Rural y Mecanización Agraria en el Ámbito Latinoamericano, Ed. Editorial Board, La Plata, Argentina, p. 115, 1998, Disponible en: https://go.gale.com/ps/anonymous?id=GALE%7CA466939775&sid=googleScholar&v=2.1&it=r&linkaccess=fulltext&issn=10102760&p=AONE&sw=w.

CAO, L.; LI, C.: “Numerical simulation on air-flow field in the milling chamber of hammer mill”, [en línea], En: 2011 Second International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, Ed. IEEE, pp. 476-479, 2011, DOI: 10.1109/MACE.2011.5986963, ISBN: 1-4244-9439-7, Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/238522402_ Numerical _simulation _on_ air-flow_field_in_the_milling_chamber_of_hammer_mill, [Consulta: 20 de noviembre de 2019].

CHUANZHONG, X.; CAO, L.; ANDRADE, P.; MA, Y.; HAN, D.: “Development on a hammer mill with separate sieving device”, TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering, 10(6): 1151-1156, 2012, ISSN: 2087-278X.

COUSSIRAT, N.M.G.; FONTANALS, G.A.A.; GUARDO, Z.A. de J.: “Estudio mediante CFD de la interacción rotor-estator en una bomba centrífuga con difusor”, [en línea], En: Anales AFA, Ed. Anales AFA, vol. 23, pp. 34-38, 2012, Disponible en: https://www.recercat.cat/handle/2072/220297, [Consulta: 20 de noviembre de 2019].

ENDALEW, A.M.; DEBAER, C.; RUTTEN, N.; VERCAMMEN, J.; DELELE, M.A.; RAMON, H.; NICOLAÏ, B.M.; VERBOVEN, P.: “A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying. Part I. Model development and effect of wind speed and direction on sprayer airflow”, Computers and electronics in agriculture, 71(2): 128-136, 2010, ISSN: 0168-1699, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2009. 11.005.

ESPINAL, M.V.; LÓPEZ, C.I.L.; ROJANO, A.A.; ROMANTCHIK, K.E.; RAMÍREZ, A.A.: “Determinación de los gradientes térmicos nocturnos en un invernadero usando dinámica de fluidos computacional”, Agrociencia, 49(3): 233-247, 2015, ISSN: 1405-3195.

FALCINELLI, O.: Simulación por CFD de la Acción de Vientos sobre Tanques para Distintas Topografías, [en línea], UNC. Córdoba, Tesis de Maestría, Córdoba, 2004, Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/333662411_simulacion_de_la_accion_del_viento_sobre_un_tanque_de_almacenamiento_usando_el_codigo_fluent , [Consulta: 20 de noviembre de 2019].

FLORES, V.J.; MEJÍA, S.E.; MONTERO, C.J.I.; ROJANO, A.: “Análisis numérico del clima interior en un invernadero de tres naves con ventilación mecánica”, Agrociencia, 45(5): 545-560, 2011, ISSN: 1405-3195.

FUJUN, W.: Computational fluid dynamics analyze-CFD theory and application, [en línea], Inst. Tsinghua University Press, Beijing, China, 122-138 p., 2004, Disponible en: https://www.scirp.org/(S(lz5mqp453edsnp55rrgjct55))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=1846871, [Consulta: 20 de noviembre de 2019].

GARCÍA, R.I.X.; RODRÍGUEZ, B.R.: “Evaluación del proceso de sedimentación de partículas discretas en flujo turbulento”, Ingeniería Mecánica, 21(3): 138-144, 2018, ISSN: 1815-5944.

HERRERA, P.M.I.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.; DE LAS CUEVAS, M.H.R.: “Análisis de la aerodinámica del ventilador del pulverizador ASS-800 empleado en frutales”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 22(4): 15-19, 2013, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, P.M.I.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.; DE LAS CUEVAS, M.H.R.; TEXEIRA, M.M.: “Evaluación mediante la Dinámica de los Fluidos por Computadora (CFD) de la corriente de aire del pulverizador agrícola ASS-800”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 23(2): 5-11, 2014, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, P.M.I.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.; DE LAS CUEVAS, M.H.R.; TEXEIRA, M.M.: “Efecto del viento en el flujo de aire de un pulverizador”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(2): 44-48, 2015, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, P.M.I.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.; RAMOS, C.E.; TEXEIRA, M.M.: “Simulación mediante la dinámica de fluidos por computadora del efecto de la velocidad del viento en el desempeño de los pulverizadores agrícolas de ventilador”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 21(1): 19-25, 2012, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

HERRERA, P.M.I.; TEXEIRA, M.M.; RODRÍGUEZ, J.; DE LAS CUEVAS, M.H.R.: “Modelación mediante la dinámica de flujo computacional de la corriente de aire de un pulverizador”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 15(1): 12-18, 2006, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

LISIUK, G.F.; ZABALO, A.P.; ELASKAR, A.S.: “Análisis teórico y por elementos finitos de las pérdidas de carga en un sistema de riego de pivote central”, Mecánica Computacional, 26: 1977-1996, 2007, ISSN: 2591-3522.

LISOWSKI, A.; ŚWIĄTEK, K.; KLONOWSKI, J.; SYPUŁA, M.: “Movimiento del material picado en la boquilla de descarga de la cosechadora de forraje con unidad de corte de volante: mediciones con maíz y simulación numérica”, Biosystems Engineering, 111(4): 381-391, 2012, ISSN: https://translate.google.com/translate?hl=es&sl= en&u, DOI: 10.1016/j. biosytemseng. 2012.01.003.

NIETO, L.C.; MEJIA, A.R.; AGUDELO, S.J.R.: “Dinámica de fluidos computacional aplicada al estudio de regeneradores térmico”, Revista Dyna, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, Colombia, 71: 81-93, 2004, ISSN: 0012-7353.

ORO, F.J.M.: Técnicas numéricas en ingeniería de fluidos: Introducción a la dinámica de fluidos computacional (CFD) por el método de volúmenes finitos, Ed. Reverté, 2012.

RUBIANO, C.W.L.: CFD technology in centrifugal pumps, [en línea], Researchgate.net, 2018, Disponible en: https://www.researchgate.net/ publication/325628216_ cfd _technology_in_centrifugal_pumps.

SALCEDO, R.; BAYÓN, A.; CHUECA, P.: “Introduciendo la dinámica de fluidos computacional en el análisis de flujos en medio poroso”, Modelling in Science Education and Learning, 10(1): 261-276, 2017, ISSN: 1988-3145.

SHAH, S.; JAIN, S.; PATEL, R.; LAKHERA, V.: “CFD for centrifugal pumps: a review of the state-of-the-art”, Procedia Engineering, 51: 715-720, 2013, ISSN: 1877-7058.

TONEVA, P.; EPPLE, P.; BREUER, M.; PEUKERT, W.; WIRTH, K.E.: “Grinding in an air classifier mill—Part I: Characterisation of the one-phase flow”, Powder technology, 211(1): 19-27, 2011, ISSN: 0032-5910, DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.03.009.

VILLAGRAN, M.E.; BOJACÁ, A.C.R.; ROJAS, B.N.A.: “Determinación del comportamiento térmico de un invernadero espacial colombiano mediante dinámica de fluidos computacional”, Revista UDCA Actualidad & Divulgación Científica, 21(2): 415-426, 2018a, ISSN: 0123-4226.

VILLAGRAN, M.E.A.; BOJACÁ, A.C.R.; ROJAS, B.N.A.: “Determinación del comportamiento térmico de un invernadero espacial colombiano mediante dinámica de fluidos computacional”, Revista UDCA Actualidad & Divulgación Científica, 21(2): 415-426, 2018b, ISSN: 0123-4226, DOI: https://doi.org/10.31910/rudca.v21.n2.2018.1070.

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