Implementación computacional del método de red de vórtices inestacionario: una versión basada en los paradigmas de programación orientada a objetos y co-simulación

Abstract

La multi-física computacional ha adquirido un papel preponderante a medida que los avances en el ámbito de la investigación científica en ingeniería impulsaron la aparición de modelos cada vez más complejos y que exceden los métodos de análisis tradicionales. En este contexto, el presente desarrollo intenta proporcionar un marco generalizado de simulación computacional para análisis fluidodinámico basado en el método de red de vórtices inestacionario y no lineal, enfatizando aspectos tales como: i) el desarrollo de software fundado en el paradigma de la Programación Orientada a Objetos, ii) la utilización de técnicas de Computación de Alto Desempeño; y, iii) el diseño de software conducente a la vinculación con otras herramientas computacionales. El desarrollo siguiendo el paradigma de la Programación Orientada a Objetos facilita la implementación, la lectura, el mantenimiento y la extensibilidad del código, garantizando la expansibilidad necesaria para su utilización eficiente por distintos grupos de investigación. Por otro lado, se incorporaron rutinas de pre-procesamiento que requieren cantidades mínimas de información como datos de entrada. Esto brinda una gran flexibilidad frente a otras herramientas que tienen importantes restricciones respecto a la definición topológica de las mallas utilizadas. Se admiten también múltiples cuerpos rígidos y/o flexibles, definidos a partir de grillas independientes, con gran versatilidad en cuanto a: la elección de las zonas de convección de estelas, los tipos de elementos a utilizar, y otras características tales como condiciones de permeabilidad, y determinación de velocidades en puntos arbitrarios inmersos en el seno del fluido. Aún con una estructura de programación secuencial, el método de red de vórtices posee una excelente relación entre aplicabilidad y costo de cálculo. Sin embargo, se explotan varias de las posibilidades que ofrece el método para paralelizar el cómputo. El objetivo general de este esfuerzo es construir una herramienta funcional que combine la aceptación y aplicabilidad del método de red de vórtices, con la confiabilidad y versatilidad de un código modular bajo la metodología de la Programación Orientada a Objetos. Además, se explora la generación de estructuras computacionales de co-simulación que permitan atacar problemas gobernados por una aerodinámica inherentemente inestacionaria y no lineal.