Comparan experimentos y simulación SPH para saltos hidráulicos

Dibujo20130724 Experimental device in action - empty tank - partially filled with water

Los que trabajamos en métodos numéricos disfrutamos con los artículos que comparan resultados numéricos con resultados experimentales. Me han gustado los resultados sobre saltos hidráulicos y rotura de ondas obtenidos en la ETSI Navales de la Universidad Politécnica de Madrid. Más abajo os presento un vídeo de los resultados experimentales (su web incluye muchos más). Supongo que los lectores poco interesados en física computacional de fluidos no apreciarán este tipo de estudios comparados, pero quizás alguno sea aficionado a los gráficos por ordenador y a la simulación de fluidos para películas de Hollywood, en cualquier caso, no me resisto a recomendar la lectura de los dos artículos de Benjamin Bouscasse, Andrea Colagrossi, Antonio Souto-Iglesias, José Luis Cercós Pita, “Mechanical energy dissipation induced by sloshing and wave breaking in a fully coupled angular motion system. Part II: Experimental Investigation,” arXiv:1307.6064, 23 Jul 2013, y “Mechanical energy dissipation induced by sloshing and wave breaking in a fully coupled angular motion system. Part I: Theoretical formulation and Numerical Investigation,” arXiv:1307.6064, 23 Jul 2013.

Para las simulaciones numéricas los autores utilizan la técnica SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), inventada para simulaciones magnetohidrodinámicas de estrellas y explosiones de supernovas, que se utiliza mucho en la visualización realista de fluidos en películas (la utiliza en su simulador RealFlow la empresa madrileña Next Limit, que recibió en 2008 uno de los oscars que la Academia de Hollywood otorga a los avances tecnológicos aplicados a la cinematografía). A la mayoría de los físicos computacionales de fluidos no les gusta esta técnica porque es difícil lograr la conservación de la masa, momento y energía. Sin embargo, las mejoras de este algoritmo en los últimos 30 años hacen que sea interesante comparar sus resultados con los obtenidos mediante experimentos con objeto de reivindicarlo como una herramienta más del físico computacional de fluidos. Ahí es donde entra el nuevo artículo.

Dibujo20130724 SPH simulation tank filled with water - sloshing flow snapshots

Para mostrar la bondad en la conservación de la energía en las simulaciones SPH, Bouscasse et al. han calculado la energía disipada en saltos hidráulicos y en la rotura de ondas mediante experimentos en un tanque de laboratorio. Los resultados numéricos SPH son muy buenos, teniendo en cuenta que la física de la rotura de ondas es muy complicada y que el uso de otros métodos numéricos (en apariencia más rigurosos) encuentra terribles dificultades. Pronto las técnicas SPH formarán parte de la caja de herramientas de todos los físicos computacionales de fluidos.

Te confieso que yo utilicé SPH hace unos 15 años pero sólo en el contexto de los gráficos por ordenador (cuando RealFlow estaba en fase emergente y dirigía su software hacia los “fluidos intuitivos” de gran interés en el séptimo arte); junto a alumnos simulamos lava y fluidos muy viscosos. En aquel momento la técnica presentaba muchos problemas desde el punto de vista de una simulación rigurosa, por lo que para simulaciones de chorros líquidos preferíamos usar diferencias finitas y volúmenes finitos. Sin embargo, aunque no he seguido en detalle los avances más recientes, parece que la mayoría de los problemas han sido resueltos.