Una vez que se estableció el modelo físico de los rotores, el siguiente paso consistió en la discretización del dominio; cuanto mayor sea la cantidad de volúmenes de control mejor será la aproximación de los resultados obtenidos, sin embargo, un aumento considerable de los volúmenes de control puede incrementar exponencialmente el tiempo de cómputo. La licencia de Ansys con la que se cuenta tiene un límite de 512,000 elementos o nodos, un nodo es un punto en el centro de un volumen de control donde son calculadas las variables del análisis que se está efectuando. La configuración utilizada para la creación de la malla en los rotores 2D se aprecia en la Tabla 4.
El uso de la función de dimensionamiento uniforme hace que el refinamiento de la malla sea basado en una medida dada, lo que permite una mayor homogeneidad pero, da paso a que se presenten fallas debido a la incapacidad de adaptarse a las paredes curvas del rotor (Ansys Inc., 2009).
En la Tabla 5 se muestra la configuración de malla para las simulaciones 3D y rotores singulares, se utilizaron tetraedros los cuales permiten una mejor adaptación a las paredes de los rotores. Debido a la complejidad de la simulación de los rotores en contra-rotación, se simplificó la configuración del mallado en los rotores para que el número de elemento y nodos permanezca dentro de los límites permitidos por la licencia. La Tabla 6 resume la configuración de las simulaciones con rotores dobles.
Tabla 4. Configuración de malla para los rotores en 2D. Dimensionamiento
Función de dimensión: Uniforme Centro de relevancia: Fine
Suavizado: High
Tamaño de cara máximo: 0.05 metros Dimensionamiento del rotor
Método: Geometría
Savonius Blackwell Modi
6 caras 8 caras 10 caras
Tamaño de elemento 0.001 m
Función de dimensionamiento Uniforme Dimensionamiento de las interfaces interior y exterior
Geometría: 1 lado Tamaño de elemento: 0.01 m Función de dimensionamiento: Uniforme
Refinamiento
Geometría: Cara del túnel de viento y rotor Método
Geometría: Cara del túnel de viento y rotor Método: Triángulos
Tabla 5. Configuración del mallado en simulaciones 3D singulares.
Dimensionamiento
Función de dimensión: Uniforme Centro de relevancia: Medium
Suavizado: Medium Tamaño de cara máximo: Default
Dimensionamiento del rotor Metodo: Geometría
Savonius Blackwell Modi
16 caras 18 caras 18 caras
Tamaño de elemento 0.005 m
Función de dimensionamiento Uniforme
Refinamiento
Geometría Cara del túnel de viento y rotor
Método
Geometría Cara del túnel de viento y rotor
Método Tetrahedros
Tabla 6. Configuración del mallado para las simulaciones dobles.
Dimensionamiento Función de dimensión: Uniforme
Comportamiento: Hard
Savonius Blackwell Modi # Nodos 87,233 97,354
# Elementos 456,342 510,232
Refinamiento Cuerpo en Rotación Método: Selección de Geometría
Geometría: 3 cara. 10mm Refinamiento Túnel de Viento Método: Selección de Geometría
Geometría: 6 caras. 50mm
En los casos en 2D se empleó una malla triangular para mejorar el ajuste a las paredes del rotor como se observa en la Figura 16.
Figura 16. Malla de túnel y zonas de interfaz para simulaciones 2D.
Se observa en la Figura 17 que en las orillas de los rotores se refina la malla, lo cual aumenta el número de nodos en las zonas cercanas a la superficie sólida, esto permite tener mejores aproximaciones de la capa limite que es la zona donde se presentan los mayores gradientes de presión y velocidad así como los gradientes de velocidad y presión para el cálculo numérico de la simulación.
En el caso de las simulaciones en 3D, se consideró un mallado simple. En la Figura 18 se aprecia el túnel de viento cuya forma es un prisma rectangular con polígonos y la interfaz es una esfera que encierra al
rotor. El uso de la esfera en el caso de rotores singulares, permite obtener una mejor calidad de malla y se evitan problemas de divergencia.
La Figura 19 muestra el mallado de los rotores 3D, es importante señalar que se utilizó la misma configuración en todos los casos porque en apariencia el rotor tipo Modi despliega un mallado más concentrado comparado con el resto y se debe a la diferencia de alturas entre los rotores.
Figura 17. Acercamiento a las mallas 2D de los rotores Savonius, Blackwell y Modi.
Figura 19. Mallado en los rotores singulares.
En las simulaciones dobles, cada uno de los rotores se encuentra encerrado en un cilindro de interfaz que gira en sentido contrario con respecto al otro, esto hace que se tengan 4 caras de contacto con el túnel de viento y 2 entre los rotores, el cambio de forma de la interfaz de debe a la zona de espaciamiento entre los dos rotores donde el viento pasa. Las mallas del túnel de viento y de interfaces se muestran en la Figura 20 y las mallas de los rotores en la Figura 21.
Los nombres de las fronteras se muestran en la Figura 22, las paredes del rotor se llaman rotor_body, inlet es la entrada de fluido y outlet la salida, interface es la zona de entrada y salida del fluido a la zona de rotación, walls son las paredes del túnel de viento y rotating_body es el rotor.
Figura 21. Mallas de los rotores en contra-rotación.