Tesis:
Interacciones dinámicas entre sólidos y líquidos viscosos con superficie libre.
- Autor: BOUSCASSE, Benjamín
- Título: Interacciones dinámicas entre sólidos y líquidos viscosos con superficie libre.
- Fecha: 2015
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS AERONAUTICOS
- Departamentos: MECANICA DE FLUIDOS Y PROPULSIÓN AEROESPACIAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/38068/
- Director/a 1º: SOUTO IGLESIAS, Antonio
- Director/a 2º: COLAGROSSI, Andrea
- Resumen: El objeto de la presente tesis es la interacción entre un fluido viscoso y un cuerpo sólido en presencia de una superficie libre. El problema se expresa primero en teoría con un enfoque particular en la conservación de energía y la interacción fluid-body. El problema se considera 2D y monofásico, y un desarrollo matemático permite una descomposición de los términos disipativos a términos relacionados con la superficie libre y los términos relacionados con el enstrofía. El modelo numérico utilizado en la tesis se basa en Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). De manera análoga a lo que se hace a nivel continuo, las propiedades de conservación se estudian en el sistema discreto de partículas. Adicionalmente las condiciones de contorno de un cuerpo que se mueve en un flujo viscoso son tratadas y discutidas con el método fluido fantasma. Algunos casos de prueba se desarrollan con el fin de probar la capacidad del modelo para reproducir correctamente la disipación de energía y el movimiento del cuerpo. La atenuación de una onda estacionaria se utiliza para comparar lo que se simuló numéricamente a lo predicho teóricamente. Otras pruebas se realizan con el fin de controlar la disipación de energía en caso de flujos más violentos que implican la fragmentación de la superficie libre. La cantidad de energía disipada con los diferentes términos se evaluó con el modelo numérico. Otras pruebas numéricos se realizan con el fin de probar el método interacción fluido-estructura: las fuerzas ejercidas por las olas en formas simples, y el equilibrio de un cuerpo flotante con una forma compleja. Una vez que el modelo numérico ha sido validado, pruebas numéricas se realizan con el fin de obtener una comprensión más completa de la física implicada en (casi) casos realistas. En primer lugar un estudio se realiza en el flujo que pasa a un cilindro bajo la superficie libre. El estudio se realiza con un Reynolds moderado, para diversas sumersiones del cilindro, y varios números de Froude. La capacidad de la solución numérica permite una investigación de los patrones complejos que ocurren. La estela del cilindro interactúa con la superficie libre. Se identifican algunos mecanismos característicos. El segundo estudio se realiza sobre el problema de sloshing, tanto experimental como numéricamente. El análisis se restringe a aguas poco profundas y de excitación horizontal, pero un gran número de condiciones se estudió, conduciendo a una comprensión bastante completa de los sistemas de onda involucradas. La última parte de la tesis también implica un problema de sloshing pero esta vez el tanque está rodando y no tiene un acoplamiento con un sistema mecánico. El sistema se llama pendulum-TLD (Tuned Liquid Damper). Este tipo de sistema se utiliza normalmente para la amortiguación de las estructuras civiles. El análisis se realiza analíticamente, numéricamente y experimentalmente usando líquidos con viscosidades diferentes, centrándose en características no lineales y mecanismos de disipación.