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Módulo 1. CFD en Entornos de Investigación y Modelado

1.1. La Investigación en Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)

1.1.1. Desafíos en turbulencia
1.1.2. Avances en RANS
1.1.3. Inteligencia artificial

1.2. Diferencias finitas

1.2.1. Presentación y aplicación a un problema 1D. Teorema de Taylor
1.2.2. Aplicación en 2D
1.2.3. Condiciones de contorno

1.3. Diferencias finitas compactas

1.3.1. Objetivo. El artículo de SK Lele
1.3.2. Obtención de los coeficientes
1.3.3. Aplicación a un problema 1D

1.4. La trasformada de Fourier

1.4.1. La trasformada de Fourier. De Fourier a nuestros días
1.4.2. El paquete FFTW
1.4.3. Transformada coseno: Tchebycheff

1.5. Métodos espectrales

1.5.1. Aplicación a un problema de fluidos
1.5.2. Métodos pseudo-espectrales: Fourier + CFD
1.5.3. Métodos de colocación

1.6. Métodos avanzados de discretización temporal

1.6.1. El método de Adams-Bamsford
1.6.2. El método de Crack-Nicholson
1.6.3. Runge-Kutta

1.7. Estructuras en turbulencia

1.7.1. El Vórtice
1.7.2. El ciclo de vida de una estructura turbulenta
1.7.3. Técnicas de visualización

1.8. El método de las Características

1.8.1. Fluidos compresibles
1.8.2. Aplicación: Una ola rompiendo
1.8.3. Aplicación: la ecuación de Burguers

1.9. CFD y supercomputación

1.9.1. El problema de la memoria y la evolución de los computadores
1.9.2. Técnicas de paralelización
1.9.3. Descomposición de dominios

1.10. Problemas abiertos en turbulencia

1.10.1. El modelado y la constante de Von-Karma
1.10.2. Aerodinámica: capas límites
1.10.3. Ruido en problemas de CFD

Módulo 2. CFD en Entornos de Aplicación: Métodos de los Volúmenes Finitos

2.1. Métodos de los Volúmenes Finitos

2.1.1. Definiciones en FVM
2.1.2. Antecedentes históricos
2.1.3. MVF en Estructuras

2.2. Términos fuente

2.2.1. Fuerzas volumétricas externas

2.2.1.1. Gravedad, fuerza centrífuga

2.2.2. Término fuente volumétrico (masa) y de presión (evaporación, cavitación, química)
2.2.3. Término fuente de escalares

2.2.3.1. Temperatura, especies

2.3. Aplicaciones de las condiciones de contorno

2.3.1. Entradas y salidas
2.3.2. Condición de simetría
2.3.3. Condición de pared

2.3.3.1. Valores impuestos
2.3.3.2. Valores a resolver por cálculo en paralelo
2.3.3.3. Modelos de pared

2.4. Condiciones de contorno

2.4.1. Condiciones de contorno conocidas: Dirichlet

2.4.1.1. Escalares
2.4.1.2. Vectoriales

2.4.2. Condiciones de contorno con derivada conocida: Neumann

2.4.2.1. Gradiente cero
2.4.2.2. Gradiente finito

2.4.3. Condiciones de contorno cíclicas: Born-von Karman
2.4.4. Otras condiciones de contorno: Robin

2.5. Integración temporal

2.5.1. Euler explícito e implícito
2.5.2. Paso temporal de Lax-Wendroff y variantes (Richtmyer y MacCormack)
2.5.3. Paso temporal multietapa Runge-Kutta

2.6. Esquemas Upwind

2.6.1. Problema de Riemman
2.6.2. Principales esquemas upwind: MUSCL, Van Leer, Roe, AUSM
2.6.3. Diseño de un esquema espacial upwind

2.7. Esquemas de alto orden

2.7.1. Galerkin discontinuos de alto orden
2.7.2. ENO y WENO
2.7.3. Esquemas de Alto Orden. Ventajas y Desventajas

2.8. Bucle de convergencia de la presión-velocidad

2.8.1. PISO
2.8.2. SIMPLE, SIMPLER y SIMPLEC
2.8.3. PIMPLE
2.8.4. Bucles en régimen transitorio

2.9. Contornos móviles

2.9.1. Técnicas de remallado
2.9.2. Mapeado: sistema de referencia móvil
2.9.3. Immersed boundary method
2.9.4. Mallas superpuestas

2.10. Errores e incertidumbres en el modelado de CFD

2.10.1. Precisión y exactitud
2.10.2. Errores numéricos
2.10.3. Incertidumbres de entrada y del modelo físico

Módulo 3. El modelado de la turbulencia en Fluido

3.1. La turbulencia. Características claves

3.1.1. Disipación y difusividad
3.1.2. Escalas características. Ordenes de magnitud
3.1.3. Números de Reynolds

3.2. Definiciones de Turbulencia. De Reynolds a nuestros días

3.2.1. El problema de Reynolds. La capa límite
3.2.2. Meteorología, Richardson y Smagorinsky
3.2.3. El problema del caos

3.3. La cascada de energía

3.3.1. Las escalas más pequeñas de la turbulencia
3.3.2. Las hipótesis de Kolmogorov
3.3.3. El exponente de la cascada

3.4. El problema de cierre revisitado

3.4.1. 10 incógnitas y 4 ecuaciones
3.4.2. La ecuación de la energía cinética turbulenta
3.4.3. El ciclo de la turbulencia

3.5. La viscosidad turbulenta

3.5.1. Antecedentes históricos y paralelismos
3.5.2 Problema iniciático: chorros
3.5.3. La viscosidad turbulenta en problemas CFD

3.6. Los métodos RANS

3.6.1. La hipótesis de la viscosidad turbulenta
3.6.2. Las ecuaciones de RANS
3.6.3. Métodos RANS. Ejemplos de uso

3.7. La evolución de LES

3.7.1. Antecedentes históricos
3.7.2. Filtros espectrales
3.7.3. Filtros espaciales. El problema en la pared

3.8. Turbulencia de pared I

3.8.1. Escalas características
3.8.2. Las ecuaciones del momento
3.8.3. Las regiones de un flujo turbulento de pared

3.9. Turbulencia de pared II

3.9.1. Capas límites
3.9.2. Los números adimensionales de una capa límite
3.9.3. La solución de Blasius

3.10. La ecuación de la energía

3.10.1. Escalares pasivos
3.10.2. Escalares activos. La aproximación de Bousinesq
3.10.3. Flujos de Fanno y Rayleigh

Módulo 4. Postprocesado, validación y aplicación en CFD

4.1. Postprocesado en CFD I

4.1.1. Postprocesado sobre Plano y Superficies

4.1.1.1. Postprocesado en el plano
4.1.1.2. Postprocesado en superficies

4.2. Postprocesado en CFD II

4.2.1. Postprocesado Volumétrico

4.2.1.1. Postprocesado volumétrico I
4.2.1.2. Postprocesado volumétrico II

4.3. Software libre de postprocesado en CFD

4.3.1. Software libre de Postprocesado
4.3.2. Paraview
4.3.3. Ejemplo de uso de Paraview

4.4. Convergencia de simulaciones

4.4.1. Convergencia
4.4.2. Convergencia de malla
4.4.3. Convergencia numérica

4.5. Clasificación de métodos

4.5.1. Aplicaciones
4.5.2. Tipos de fluidos
4.5.3. Escalas
4.5.4. Máquinas de cálculo

4.6. Validación de modelos

4.6.1. Necesidad de Validación
4.6.2. Simulación vs Experimento
4.6.3. Ejemplos de validación

4.7. Métodos de simulación. Ventajas y Desventajas

4.7.1. RANS
4.7.2. LES, DES, DNS
4.7.3. Otros métodos
4.7.4. ventajas y desventajas

4.8. Ejemplos de métodos y aplicaciones

4.8.1. Caso de cuerpo sometido a fuerzas aerodinámicas
4.8.2. Caso térmico
4.8.3. Caso multifase

4.9. Buenas Prácticas de Simulación

4.9.1. Importancia de las Buenas Prácticas
4.9.2. Buenas Prácticas
4.9.3. Errores en simulación

4.10. Software comerciales y libres

4.10.1. Software de FVM
4.10.2. Software de otros métodos
4.10.3. Ventajas y desventajas
4.10.4. Futuro de simulación CFD

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