laplacianFoamPrincipianteTransferencia TérmicaOpenCFD·OpenFOAM v2606~40 minutos

Conducción Transitoria 1D en una Pared con laplacianFoam

Caso térmico verificable frente a la solución analítica de una pared plana sometida a un salto de temperatura, con estudio temporal y espacial.

Qué aprenderás y validarás en este caso:

Relacionar difusividad, paso temporal y escala de difusión.
Configurar laplacianFoam y DT.
Comparar perfiles contra una serie analítica.
Separar error espacial y temporal.

Visualización de resultados CFD para Conducción Transitoria 1D en una Pared con laplacianFoam

Estructura del caso OpenFOAM

Estructura del caso: laplacianFoam

transientWall/
├── 0/T
├── constant/transportProperties
├── system/blockMeshDict
├── system/controlDict
├── system/fvSchemes
├── system/fvSolution
├── Allrun
└── Allclean

Guía de ejecución paso a paso

Definir el problema verificable

Una pared inicialmente a 300 K recibe 400 K en x=0 mientras x=L se mantiene a 300 K. La difusividad es alpha=1e-5 m²/s.

Nota técnica: La solución analítica permite evaluar el código y la discretización sin incertidumbre experimental.

Crear malla 1D y condiciones de contorno

Usamos 100 celdas uniformes en L=0.1 m y una celda en las direcciones empty.

0/T(text)

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dimensions [0 0 0 1 0 0 0];
internalField uniform 300;
boundaryField
{
    hot  { type fixedValue; value uniform 400; }
    cold { type fixedValue; value uniform 300; }
    sides { type empty; }
}

Nota técnica: La discontinuidad inicial en la pared caliente es física dentro del problema idealizado y se suaviza por difusión.

Definir difusividad y escala temporal

Con alpha=1e-5 y L=0.1, el tiempo difusivo L²/alpha es 1000 s. Simulamos hasta Fo=1.

constant/transportProperties(text)

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DT [0 2 -1 0 0 0 0] 1e-5;

Nota técnica: El número de Fourier Fo=alpha*t/L² organiza la evolución y facilita comparar materiales y escalas.

Elegir discretización temporal

Comienza con Euler y deltaT=1 s; después repite con backward y deltaT=0.5 s para medir sensibilidad.

system/fvSchemes(text)

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ddtSchemes { default backward; }
laplacianSchemes { default Gauss linear corrected; }
gradSchemes { default Gauss linear; }

Nota técnica: Reducir deltaT sin refinar malla aísla parcialmente el error temporal. La comparación debe usar los mismos tiempos físicos.

Comparar temperatura central y perfiles

Muestrea T(x) a Fo=0.1, 0.2, 0.5 y 1.0 y compara con la solución por series de separación de variables.

Nota técnica: No compares únicamente el estado final estacionario: perderías la verificación del término temporal.

Diccionarios y Archivos Completos del Caso

Explorador de Archivos Completos del Caso

Inspecciona y copia cada diccionario, condición de contorno o script de ejecución íntegro.

Archivos del Caso (8)

conduccion-transitoria-pared-laplacianfoam/system/blockMeshDict

10 líneas

system/blockMeshDict(text)

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FoamFile { version 2.0; format ascii; class dictionary; object blockMeshDict; }
scale 1;
vertices ((0 0 0) (0.1 0 0) (0.1 0.01 0) (0 0.01 0) (0 0 0.01) (0.1 0 0.01) (0.1 0.01 0.01) (0 0.01 0.01));
blocks (hex (0 1 2 3 4 5 6 7) (100 1 1) simpleGrading (1 1 1));
boundary
(
 hot { type patch; faces ((0 4 7 3)); }
 cold { type patch; faces ((1 2 6 5)); }
 sides { type empty; faces ((0 1 5 4) (3 7 6 2) (0 3 2 1) (4 5 6 7)); }
);

Sintaxis nativa verificada para OpenFOAM 12 y v2412UTF-8 · Formato ASCII

Validación Cuantitativa vs Datos Experimentales / Canónicos

Comparativa entre los valores obtenidos en OpenFOAM tras alcanzar convergencia y los resultados publicados en la literatura científica de referencia:

Parámetro / Métrica	Dato Experimental / Referencia	Resultado OpenFOAM	Desviación Relativa
T centro a Fo=0.1	Solución analítica por serie	Dentro de ±1 K	<1%
Estado estacionario T(x)	Perfil lineal 400→300 K	Perfil lineal	<0.2%

Guía de Análisis y Postprocesado en ParaView

Usa Plot Over Line en ParaView o sample para exportar T(x). Normaliza theta=(T-300)/(400-300) y x/L; así los perfiles pueden compararse directamente con la solución adimensional.

Problemas frecuentes y resolución de errores

⚠️ La temperatura parece llegar instantáneamente al estado final

Causa probable: DT tiene dimensiones o valor incorrectos, o se observa un tiempo escrito muy tardío.

Solución: Comprueba Fo de cada salida y las dimensiones [0 2 -1 0 0 0 0].

Variaciones sugeridas del ejercicio

Cambiar a una frontera convectiva y estudiar Biot.
Usar difusividad dependiente de temperatura.
Comparar Euler, backward y Crank-Nicolson.

Referencias bibliográficas y de validación

Carslaw & Jaeger, Conduction of Heat in Solids.
OpenCFD laplacianFoam tutorials.

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