Modelització i anàlisi de propietats termofísiques de fluids supercrítics utilitzant programació orientada a objectes

Abstract

El següent treball final de grau consisteix a crear un model termodinàmic que permeti diferenciar entre un gas real i un gas ideal, a més de les variables conductivitat i viscositat que podran diferenciar-se entre gas a alta pressió i gas a baixa pressió. Per tal de crear el model termodinàmic s’haurà de fer ús de tècniques de programació avançada així com programació orientada a objectes. Aquest model creat servirà per introduir les variables termodinàmiques en el RHEA Python, un Solver utilitzat pels estudiants de doctorat del grup de recerca SCRAMBLE creat pel tutor del treball final de grau del present treball, Lluís Jofre Cruanyes. Aquest script creat també permetrà a l'usuari conèixer de manera ràpida les variables desitjades del fluid. D'aquesta manera, el temps de càlcul per a l'usuari es reduirà significativament. Per tal d’aplicar el fitxer creat a un cas real de mecànica de fluid es presentarà un problema clàssic de mecànica de fluids i transferència de calor. Aquest problema és conegut com a “Differentially Heated Cavity” un problema en 2D d’una cavitat quadrada amb dues parets oposades amb diferents temperatures. Aquesta diferència de temperatures provocarà l’aparició d’uns fenòmens físics que seran estudiats al llarg del treball. En el present treball s’especifiquen totes les configuracions i paràmetres necessàries per crear el fitxer Python i per configurar el cas del “Differentially Heated Cavity” amb els seus resultats i verificacions pertinents. Tots i cadascun dels paràmetres han estat donats per bons en comparar-los amb la base de dades empírica del “National Institute of Standards and Technology”, tal com es pot veure al capitol 3 del marc matemàtic.

El siguiente trabajo final de grado consiste en crear un modelo termodinámico que permita diferenciar entre gas real y gas ideal, además de las variables conductividad y viscosidad que podrán diferenciarse entre gas a alta presión y gas a baja presión. Para crear el modelo termodinámica se tendrá que utilizar técnicas de programación avanzada así como programación orientada a objetos. Este modelo creado servirá para introducir las variables termodinámicas en el RHEA Python, un Solver utilizado por los estudiantes de doctorado del grupo de investigación SCRAMBLE creado por el tutor del trabajo final de grado del presente trabajo, Lluís Jofre Cruanyes. Este script creado también permitirá al usuario conocer de forma rápida las variables deseadas del fluido. De esta forma, el tiempo de cálculo para el usuario se reducirá significativamente.Con el fin de aplicar el archivo creado a un caso real de mecánica de fluido se presentará un problema clásico de mecánica de fluidos y transferencia de calor. Este problema es conocido como “Differentially Heated Cavity”, un problema en 2D de una cavidad cuadrada con dos paredes opuestas con diferentes temperaturas. Esta diferencia de temperaturas provocará la aparición de fenómenos físicos que serán estudiados a lo largo del trabajo.En el presente trabajo se especifican todas las configuraciones y parámetros necesarias para crear el archivo Python y para configurar el caso del “Differentially Heated Cavity” con sus resultados y verificaciones pertinentes. Todos y cada uno de los parámetros han sido dados por buenos al compararlos con la base de datos empírica del “National Institute of Standards and Technology”, tal y como puede verse en el capítulo 3 del marco matemático.

The next final degree project consists of creating a thermodynamic model that allows you to differentiate between a real gas and an ideal gas, in addition to the conductivity and viscosity variables that can differentiate between gas at high pressure and gas at low pressure. In order to create the thermodynamic model, you will have to use advanced programming techniques as well as objectect oriented programming. This created model will be used to introduce the thermodynamic variables in the RHEA Python, a Solver used by the doctoral students of the SCRAMBLE research group created by the tutor of the final degree thesis of the present thesis, Lluís Jofre Cruanyes. This created script will also allow the user to quickly know the desired variables of the fluid. In this way, the calculation time for the user will be significantly reduced.In order to apply the created file to a real case of fluid mechanics, a classic problem of fluid mechanics and heat transfer will be presented. This problem is known as "Differentially Heated Cavity" a 2D problem of a square cavity with two opposite walls with different temperatures. This difference in temperatures will cause the appearance of physical phenomena that will be studied throughout the work.In the present work, all the necessary configurations and parameters are specified to create the Python file and to configure the "Differentially Heated Cavity" case with its relevant results and verifications. Each and every one of the parameters has been given by bonds when comparing them with the empirical database of the "National Institute of Standards and Technology", as can be seen in chapter 3 of the mathematical framework.