Publication: Simulación numérica del flujo oscilatorio alrededor de un cilindro
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Publication date
2012-12
Defense date
2012-12-20
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El proyecto de fin de carrera que se presenta a continuación consiste en el estudio y demostración del fenómeno resultante del movimiento oscilatorio de un fluido alrededor de un cilindro, también llamado Steady Streaming, mediante la simulación con dos métodos numéricos distintos: ANSYS FLUENT y GERRIS. Este fenómeno ha sido estudiado por muchos autores, utilizando diferentes experimentos y métodos numéricos para visualizar lo que ocurre alrededor del cilindro. En este documento se ha intentado demostrar la existencia de Steady Streaming en base a las características de este fenómeno: la existencia de un flujo promediado en el tiempo no nulo, la aparición de dos capas fluidas alrededor de la superficie cilíndrica donde el fluido se comporta de manera distinta (una capa de Stokes donde los esfuerzos viscosos son predominantes y una capa límite donde predominan los esfuerzos convectivos y que tiene un mayor espesor que la anterior), la visualización de la simetría que presenta el flujo en este tipo de problemas y la aparición de dos chorros eyectados en la dirección de oscilación debido al choque de las capas límites y de las ocho recirculaciones características (vórtices) que aparecen: cuatro dentro de la capa límite y cuatro más en los alrededores. Hay dos parámetros que caracterizan el fluido en este tipo de movimientos, como lo son la frecuencia adimensional o inverso del número de Strouhal (ε) y el número de Reynolds Streaming (RS). En este documento se van a estudiar los casos ε << 1 y RS >> 1; en particular ε = 0.1 ,0.2 y RS = 40, 160. Los valores de los parámetros de estos casos han sido escogidos por que encajan con una línea de investigación del grupo de Mecánica de Fluidos de la universidad Carlos III de Madrid, en particular con la publicación llevada a cabo por parte de Wilfried Coenen titulada Oscillatory flow about a cylinder pair del año 2009. El procedimiento para llevar a cabo las simulaciones consiste en crear las mallas necesarias, refinarlas y modelar los parámetros del problema necesarios para la simulación en ANSYS FLUENT. Posteriormente se realiza un post-‐ procesamiento de los resultados obtenidos con el programa TecPlot 360. También se utiliza un código de simulación CFD libre llamado GERRIS (http://gfs.sourceforge.net/), como alternativa a ANSYS FLUENT con el que se obtienen imágenes y animaciones para tratar de visualizar este fenómeno. Por último se comparan los resultados obtenidos con los del resto de autores que lo han estudiado.
Description
Keywords
Mecánica de fluidos, Cilindro, Métodos numéricos, Fluent (Programa de aplicación), Flujo oscilatorio, Simulación