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Términos y Conceptos Fundamentales

Glosario Técnico de CFD y OpenFOAM

Definiciones rigurosas de conceptos matemáticos, números adimensionales, algoritmos y terminología de volúmenes finitos con su contexto específico en OpenFOAM.

Número de Courant (Co / CFL)

Adimensional que cuantifica cuántas celdas de la malla atraviesa la información del flujo de fluido en un único paso de tiempo temporal.

Co=u⋅ΔtΔx≤Comax⁡Co = \frac{u \cdot \Delta t}{\Delta x} \le Co_{\max}
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Condición CFL (Courant–Friedrichs–Lewy)

Criterio de estabilidad matemática necesario para la convergencia de esquemas numéricos de discretización temporal.

Δt≤Cmax⁡⋅Δx∣u∣+c\Delta t \le \frac{C_{\max} \cdot \Delta x}{|u| + c}
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Residual (Residuo de Convergencia)

Medida del error o desequilibrio numérico restante en el sistema algebraico Ax - b al final de una iteración.

rk=b−Axkr^k = \mathbf{b} - \mathbf{A}\mathbf{x}^k
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No-Ortogonalidad de Celda

Ángulo entre el vector que une los centros de dos celdas vecinas (d) y el vector normal a la cara compartida (n).

θ=arccos⁡(d⋅n∣d∣∣n∣)\theta = \arccos\left( \frac{\mathbf{d} \cdot \mathbf{n}}{|\mathbf{d}| |\mathbf{n}|} \right)
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Sesgo de Cara (Skewness)

Distancia normalizada entre el punto medio de una cara compartida y el punto donde la línea que une ambos centroides de celda interseca a dicha cara.

Sf=∣xf−xd∩f∣∣d∣S_f = \frac{|\mathbf{x}_f - \mathbf{x}_{d\cap f}|}{|\mathbf{d}|}
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Adimensional de Pared y+ (y-plus)

Distancia adimensional normalizada desde la pared hasta el centroide de la primera celda adyacente a la superficie.

y+=y⋅uτν=yντwρy^+ = \frac{y \cdot u_\tau}{\nu} = \frac{y}{\nu} \sqrt{\frac{\tau_w}{\rho}}
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Funciones de Pared (Wall Functions)

Condiciones de contorno analíticas empíricas que modelan el perfil logarítmico de velocidad y turbulencia cerca de paredes sólidas sin necesidad de resolver la subcapa viscosa.

u+=1κln⁡(E y+)(κ≈0.41, E≈9.8)u^+ = \frac{1}{\kappa} \ln(E \, y^+) \quad (\kappa \approx 0.41, \, E \approx 9.8)
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RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)

Aproximación estadística que descompone las variables del flujo en una parte media temporal y una fluctuación turbulenta estocástica.

Uˉ+u′,−ρui′uj′‾=μt(∂Uˉi∂xj+∂Uˉj∂xi)−23ρkδij\bar{\mathbf{U}} + \mathbf{u}', \quad -\rho \overline{u_i' u_j'} = \mu_t \left( \frac{\partial \bar{U}_i}{\partial x_j} + \frac{\partial \bar{U}_j}{\partial x_i} \right) - \frac{2}{3}\rho k \delta_{ij}
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LES (Large Eddy Simulation)

Metodología que resuelve numéricamente las grandes estructuras y remolinos turbulentos energéticos mientras modela únicamente los remolinos menores al tamaño de malla (SGS).

τijSGS=−2νSGSSˉij\tau_{ij}^{SGS} = -2 \nu_{SGS} \bar{S}_{ij}
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Algoritmo SIMPLE

Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations: algoritmo iterativo para flujo estacionario incompresible.

∇⋅(1A∇p)=∇⋅(HA)\nabla \cdot \left( \frac{1}{A} \nabla p \right) = \nabla \cdot \left( \frac{\mathbf{H}}{A} \right)
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Algoritmo PIMPLE

Algoritmo transitorio híbrido que combina bucles exteriores SIMPLE por paso de tiempo con bucles interiores correctores PISO de presión.

nOuterCorrectors≥2,nCorrectors≥2\text{nOuterCorrectors} \ge 2, \quad \text{nCorrectors} \ge 2
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GAMG (Geometric-Algebraic Multigrid)

Solver lineal multigrid que resuelve el sistema algebraico en múltiples niveles de agregación de malla para acelerar drásticamente la convergencia.

AH=R Ah P\mathbf{A}_H = \mathbf{R} \, \mathbf{A}_h \, \mathbf{P}
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Número de Reynolds (Re)

Parámetro adimensional fundamental que mide la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas en un flujo.

Re=ρ U Lμ=U LνRe = \frac{\rho \, U \, L}{\mu} = \frac{U \, L}{\nu}
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Número de Péclet (Pe)

Adimensional que cuantifica la importancia relativa del transporte por convección frente al transporte por difusión de una magnitud física.

Pe=ConveccioˊnDifusioˊn=u⋅LΓPe = \frac{\text{Convección}}{\text{Difusión}} = \frac{u \cdot L}{\Gamma}
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Viscosidad Turbulenta / de Remolino (nu_t)

Propiedad artificial introducida por los modelos RANS para representar el transporte difusivo adicional generado por los remolinos turbulentos.

νeff=ν+νt,νt=Cμk2ε=kω\nu_{\text{eff}} = \nu + \nu_t, \quad \nu_t = C_\mu \frac{k^2}{\varepsilon} = \frac{k}{\omega}
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Factores de Sub-Relajación (Under-Relaxation)

Factores multiplicativos alfa < 1 aplicados a matrices o campos para amortiguar los cambios entre iteraciones consecutivas y asegurar la convergencia.

ϕk+1=ϕk+α (ϕnuevo−ϕk)\phi^{k+1} = \phi^k + \alpha \, (\phi^{\text{nuevo}} - \phi^k)
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Acotación Numérica (Boundedness / TVD / NVD)

Propiedad de un esquema de discretización que garantiza que no se generen valores espurios fuera del rango físico (como concentraciones o fracciones de fase negativas).

0≤αwater≤1,k≥00 \le \alpha_{\text{water}} \le 1, \quad k \ge 0
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Número de Mach (Ma)

Relación entre la velocidad característica del flujo y la velocidad local del sonido.

Ma = rac{|U|}{a}, qquad a=sqrt{gamma R T}
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Número de Strouhal (St)

Frecuencia adimensional que relaciona una oscilación periódica con velocidad y longitud de referencia.

St = rac{fL}{U}
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Número de Nusselt (Nu)

Transferencia convectiva adimensional comparada con conducción a través de una longitud característica.

Nu = rac{hL}{k}
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Número de Prandtl (Pr)

Relación entre difusión de cantidad de movimiento y difusión térmica.

Pr = rac{ u}{alpha} = rac{c_pmu}{k}
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Número de Fourier (Fo)

Tiempo adimensional de difusión que compara cuánto ha penetrado el transporte difusivo en una longitud.

Fo = rac{alpha t}{L^2}
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Grid Convergence Index (GCI)

Estimación normalizada de incertidumbre de discretización obtenida mediante refinamiento sistemático y extrapolación de Richardson.

GCI_{12}=F_s rac{|phi_1-phi_2|/|phi_1|}{r^p-1}
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Balance de Masa

Comprobación de que la masa acumulada equivale a entradas menos salidas y fuentes.

rac{d}{dt}int_V ho,dV + oint_{partial V} homathbf{U}cdotmathbf{n},dA = int_V S_m,dV
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Wall-clock Time y CPU Time

Tiempo real transcurrido frente a suma o consumo de tiempo de procesador.

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Escalabilidad Fuerte y Eficiencia Paralela

Reducción del tiempo al aumentar procesos para un problema de tamaño fijo.

S_p= rac{T_1}{T_p}, qquad E_p= rac{S_p}{p}
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Número de Biot (Bi)

Relación entre resistencia térmica interna por conducción y resistencia convectiva en la superficie.

Bi = rac{hL_c}{k_s}
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Quantity of Interest (QoI)

Magnitud concreta que la simulación debe predecir para apoyar una decisión.

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Número de Courant Acústico

Courant que incorpora la velocidad del sonido además de la velocidad convectiva.

Co_a = rac{(|U|+a)Delta t}{Delta x}
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Lenguaje técnico

Usa el glosario como puente entre ecuaciones, diccionarios y resultados

Cada término cobra valor cuando puedes localizarlo en tres lugares: la formulación física, la configuración del caso y la evidencia del postproceso. Las definiciones enlazan esos niveles para evitar memorizar palabras aisladas.

1

Concepto físico

Pregunta qué magnitud representa y qué escala compara.

  • Dimensiones y unidades
  • Rango de validez
  • Interpretación de valores extremos
2

Representación numérica

Localiza dónde interviene en la discretización o solución.

  • Diccionario que lo controla
  • Esquema o tolerancia asociada
  • Impacto sobre estabilidad y coste
3

Comprobación

Define cómo observarlo durante y después del cálculo.

  • Función de monitorización
  • Campo o gráfico relevante
  • Umbral orientativo, no universal

Ruta de consulta rápida

Una secuencia corta para convertir la consulta en una decisión técnica trazable.

  1. 01Lee la definición corta
  2. 02Revisa la ecuación y sus variables
  3. 03Busca el contexto OpenFOAM
  4. 04Comprueba las reglas recomendadas
  5. 05Navega hacia términos relacionados

Consejo de campo: Si un término parece tener dos significados, conserva siempre el contexto: física, algoritmo, discretización o implementación.