Visualización en realidad aumentada del flujo alrededor de una esfera calibrada mediante simulación numérica 3D

Abstract

Se presenta la adaptación de un solver tridimensional basado en el Método de Lattice Boltzmann, con red D3Q19 y operador de colisión de tiempos de relajación múltiples (Multi-Relaxation Time), para simular el flujo incompresible alrededor de una esfera fija dentro de un canal rectangular. El código, que fue escrito en MATLAB, incorpora el modelo de Smagorinsky para simulación de grandes escalas dentro del paso de colisión y la superficie curva de la esfera se trató con una condición de rebote interpolado de segundo orden. Con esto, se obtuvieron soluciones estables desde Re=1 hasta Re=5,000, aunque este último solo se analizó de forma cualitativa. La validación se hizo en régimen laminar, con números de Reynolds de hasta 300. El coeficiente de arrastre se comparó con las correlaciones de Schiller y Naumann y de Clift et al., con desviaciones de entre 3% y 6%. La longitud de recirculación se contrastó con los datos experimentales de Taneda y con los resultados numéricos de Johnson y Patel, con errores menores al 10%. La distribución de presión sobre la esfera mostró rasgos esperados de un perfil viscoso y las diferencias encontradas se atribuyen al confinamiento del dominio. Con base en estos resultados se desarrolló una aplicación de Realidad Aumentada construida con WebXR y Three.js, llamada Túnel de Viento RA. Desde el navegador de un teléfono o una tableta, sin instalar nada, el usuario puede colocar el flujo sobre su entorno real y observar líneas de corriente, isosuperficies y campos de velocidad. En las pruebas con iPhone y iPad la aplicación se mantuvo en 60 cuadros por segundo con 8,000 partículas activas.