Tesis

Permanent URI for this communityhttps://hdl.handle.net/11285/345119

Colección de Tesis y Trabajos de grado (informe final del proyecto de investigación, tesina, u otro trabajo académico diferente a Tesis, sujeto a la revisión y aceptación de una comisión dictaminadora) presentados por alumnos para obtener un grado académico del Tecnológico de Monterrey.

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  • Tesis de doctorado
    A single-step and GPU-accelerated simplified lattice Boltzmann method for high turbulent flows on complex domains
    (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2021-08-03) Delgado Gutiérrez, Arturo Javier; Cárdenas Fuentes, Diego Ernesto; hermlugo; Roman Flores, Armando; Montesinos Castellanos, Alejandro; Jáuregui Correa, Juan Carlos; Marzocca, Pier; School of Engineering and Sciences; Campus Ciudad de México; Probst Oleszewski, Oliver Matthias
    Over the course of time, Computational Fluid Dynamics (CFD) has been proven to be one of the main pillars in the study of fluid mechanics. From simple aerodynamic designs to highly complex meteorological forecast, CFD models have been served as one of the best tools used for designers and engineers. Nevertheless, high fidelity CFD simulations often require a considerable amount of computational power in order to deliver accurate results. For this, the exponential growth of computational technologies has been helping to solve this problem, but significant computational cost can be reduced by improving the main theory for the numerical simulation. The Lattice Boltzmann Method (LBM) is a relatively new approach for the simulation of fluid dynamics. It has been proven that the overall computational efficiency of the LBM is critically better than the conventional Direct Numerical Simulations for the Navier-Stokes Equations. However, the conventional LBM algorithms are considerably limited for very specific simulation cases, such as fluid flows in a small range of the Reynolds number. This dissertation presents in detail a novel CFD model derived by combining the theory of conventional and more recent algorithms for the Single-relaxation time (SRT) LBM. The present model is entitled "Single-Step and Simplified Lattice Boltzmann Method" (SS-LBM) and is capable of delivering efficient and accurate results of fluid dynamics in a wide range of the Reynolds number, by coupling the main algorithm with an efficient sub-grid scale (SGS) turbulence model. Additionally, the SS-LBM model is also designed to simulate complex terrains, by generating the domain mesh with a parametric geometry based on the bi-variate (2D) and tri-variate (3D) Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) functions.In order to significantly improve the computational performance of the SS-LBM model, the main algorithm is designed for the execution on Graphics Processing Unit (GPU) architectures, through the well known OpenGL framework. By retaining the best properties of the recent LBM algorithms such as the Simplified-LBM (SLBM), the present model minimizes the memory size needed by only allocating the macroscopic flow variables (velocity and density), which are the main variables used to reconstruct the required probability distribution functions (pdf). The complete algorithm is tested by conducting numerous benchmark cases to validate and quantify the computational performance and spatial accuracy. For the 2D cases, the 2D Lid-Driven Cavity (LDC) benchmark for a wide range of the Reynolds number is reported, along with the simulation of the fluid flow across a 2D circle and NACA airfoils. For the 3D cases, a 3D LDC benchmark is also performed, followed by a 3D Jet-flow inside a cavity. Finally, the algorithm is tested for a case with a complex terrain with a local refinement around the desired surface.
  • Tesis de maestría
    Análisis numérico y experimental del sistema de plegado en una turbina eólica pequeña
    (Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2010-05-01) Delgado Gutiérrez, Arturo Javier; DELGADO GUTIERREZ, ARTURO JAVIER; 333637; Probst Oleszewski, Oliver; Elizondo Martínez, Jorge; Martínez Lauranchet, Jaime; Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey; Micheloud Vernackt, Osvaldo
    El diseño del sistema de plegado en una turbina eólica, puede tener problemas de transición causados por el comportamiento estocástico del viento. Esto se traduce en un menor desempeño en la generación de energía y en la seguridad de la turbina. Al tener un mejor conocimiento del comportamiento de este sistema, es posible diseñar mejores productos que aseguren la estabilidad de la turbina y un mejor aprovechamiento de la energía. La finalidad de resolver este problema es para que los futuros diseñadores de turbinas eólicas tengan una mejor comprensión sobre el comportamiento del sistema de plegado, y así generar modelos con mayor eficiencia. Actualmente, el mecanismo de protección ha sido modelado computacionalmente sin una validación posterior, por lo que se pretenden analizar los resultados experimentales por medio de diferentes pruebas en campo. El objetivo principal consiste en validar los resultados modelados por medio de los datos experimentales y finalmente comprender a fondo el comportamiento del sistema de protección.
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