Turbomaquinaria en OpenFOAM: MRF vs Sliding Mesh

La simulación de componentes rotativos (rotores de bombas, ventiladores axiales, aerogeneradores y hélices marinas) se aborda en OpenFOAM mediante dos enfoques matemáticos fundamentales:

1. Multiple Reference Frames (MRF) — Enfoque Estacionario

El método MRF resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes en un sistema de coordenadas no inercial solidario con el rotor añadiendo las aceleraciones de Coriolis ($-2\mathbf{\Omega}\times\mathbf{U}$) y centrífuga.

Ventajas:

Cálculo en régimen permanente: Utiliza el solver simpleFoam, lo que permite converger una curva de bomba en minutos u horas.
Bajo coste computacional: No requiere deformación de malla ni interpolación temporal.

Configuración en `constant/MRFProperties`:

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MRF1
{
    cellZone    rotorZone;
    active      yes;
    nonRotatingPatches ();
    origin      (0 0 0);
    axis        (0 0 1);
    omega       157.08; // 1500 RPM en rad/s
}

2. Malla Móvil Deslizante (Sliding Mesh) con `cyclicAMI`

En este enfoque, la sub-malla que contiene el rotor gira físicamente en cada paso de tiempo $\Delta t$ y se acopla con la malla estática del estator mediante la interfaz no conforme Arbitrary Mesh Interface (AMI).

Ventajas:

Física transitoria exacta: Captura la interacción periódica álabe-estator (blade-pass frequency), pulsaciones de presión y ondas acústicas con el solver pimpleFoam.

Configuración de frontera en `constant/polyMesh/boundary`:

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rotor_to_stator
{
    type            cyclicAMI;
    inGroups        1 (cyclicAMI);
    nFaces          2400;
    startFace       48000;
    matchTolerance  0.0001;
    neighbourPatch  stator_to_rotor;
    transform       noOrdering;
}

Criterio de Selección:

Utiliza MRF para dimensionamiento preliminar, diseño y optimización paramétrica.
Utiliza Sliding Mesh para validación final de vibraciones, cavitación transitoria o acústica.

Simulación de Turbomaquinaria: Marcos Rotatorios (MRF) vs Mallas Deslizantes (Sliding Mesh)

Turbomaquinaria en OpenFOAM: MRF vs Sliding Mesh

1. Multiple Reference Frames (MRF) — Enfoque Estacionario

Ventajas:

Configuración en constant/MRFProperties:

2. Malla Móvil Deslizante (Sliding Mesh) con cyclicAMI

Ventajas:

Configuración de frontera en constant/polyMesh/boundary:

Criterio de Selección:

Configuración en `constant/MRFProperties`:

2. Malla Móvil Deslizante (Sliding Mesh) con `cyclicAMI`

Configuración de frontera en `constant/polyMesh/boundary`: