Estudio de medios porosos con OpenFOAM: Implementación del modelo Darcy-Brinkman

Abstract

Los electrodos son componentes clave en el funcionamiento de una batería de flujo de vanadio (VRFB), dado que son los encargados de promover la reacción de reducción y transferencia eléctrica. Comúnmente se utilizan fieltros de carbono, generalmente modelados con modelos porosos. El correcto modelado de su fluidodinámica es esencial para la estimación del comportamiento electroquímico del sistema. Dentro de los modelos utilizados en la bibliografía, se encuentran los de Darcy-Forchheimer y Darcy-Brinkman, siendo este último el más utilizado en el modelado de las VRFB. El presente trabajo aborda el estado del arte en lo que refiere a la incorporación de los mencionados modelos en el software de código abierto OpenFOAM. Se realizó un estudio de verificación de un código de Darcy-Brinkman desarrollado previamente en la Universidad de Chalmers en OpenFOAM, el cual, comparado con una solución analítica de Darcy-Brinkman en flujo de Poiseuille, da resultados erróneos. A continuación, y basados en la documentación del software licenciado COMSOL®, se implementó el código especifico de las ecuaciones de Darcy-Brinkman en OpenFOAM, logrando verificar los resultados. Este desarrollo permitirá llevar a cabo análisis detallados de las placas de circulación de electrolito y el efecto del medio poroso en la fluidodinámica interna de la batería. El presente trabajo se enmarca en mi tesis de maestría, aún en desarrollo, en el posgrado de Métodos Numéricos y Mecánica Computacional, mención Mecánica de los Fluidos, dictada por la UTN Facultad Regional Delta.