Se han realizado multitud de simulaciones pero de ellas se han tomado tres como referencia debido a los cambios significativos realizados. En el documento metodología se recogen todos los análisis de los resultados y comparaciones realizadas. En este documento se recogerán únicamente los últimos resultados obtenidos.
En la simulación el cilindro ha sido liberado 5 m desde la posición. En esta simulación se ha dejado correr un total de 14 segundos aproximadamente con el fin de observar como interactúa el cuerpo. EL mallado aplicado a dicha simulación ha sido el siguiente:
Partes y volúmenes Tamaño de la malla
Overset 0,5 m
Background 4 m
Overlap 0,5 m
Water Surface 2 m X, 2 m Y ,1,2 m Z
Cylinder 0,125 m
Tabla 2: Tamaño de la malla
La potencia empleada de los procesadores del ordenador ha sido la siguiente:
Procesadores empleados 9
Tabla 3: Potencia empleada
A continuación se presentan los parámetros físicos que definen el desplazamiento del cilindro:
Traslación del cilindro en Z: Como se observa los resultados son coherentes respecto al movimiento realizado. El cilindro es liberado desde la posición inicial, es decir, 0 m y se desplaza respecto a la posición de equilibrio con una amplitud menor de 5m debido a las pérdidas de energía.
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Ilustración 36: S.3 Traslación del cilindro en Z
Velocidad del cilindro en Z: Se observa como la función que resulta de la simulación está adelantada 90° con respecto al desplazamiento lo cual tiene todo sentido físico
Ilustración 37: S.3 Velocidad del cilindro en Z
Aceleración del cilindro en Z: Se observa como la función que resulta de la simulación está adelantada 180° con respecto al desplazamiento y 90° con respecto a la velocidad lo cual tiene todo sentido físico. Del análisis de la aceleración se observa que la curva no es perfectamente lineal lo cual significa que los resultados pueden ser mejorables con un mejor mallado. Dado que la potencia del ordenador se ha llevado al máximo no se ha
40 podido obtener un resultado más preciso del presentado en el proyecto. Se necesitaría superordenadores con suficientes procesadores para realizar la simulación con más precisión.
Ilustración 38: S.3 Aceleración del cilindro en Z
En el siguiente detalle se aprecia el efecto que tiene el mallado sobre la aceleración. Se observa cierta distorsión que puede ser corregido como se ha comentado anteriormente
Ilustración 39: Detalle gráfica de aceleración
Con el fin de estudiar los datos obtenidos con respecto a otros movimientos y teorías se han empleado las gráficas de desplazamiento. Para verificar la coherencia de los resultados inicialmente se han comparado el desplazamiento de la simulación con los de un MAS para el mismo cuerpo. Se observa como el MAS
41 se encuentra siempre con una amplitud mayor que la simulación realizada y de valor constante de 5m como cabe esperar. En cuanto a la curva de la simulación va disminuyendo su amplitud por efecto de las fuerzas disipativas por lo que el cuerpo tenderá a su posición de equilibrio.
Ilustración 40: Análisis de la simulación con respecto a un MAS
Finalmente el último paso que se ha realizado consiste en obtener el coeficiente de arrastre que mejor se ajuste a las pérdidas calculadas por el CFD, mediante la Teoría de Flujo Potencial (TFP) realizada a partir de MATLAB. Para ello se han asignado distintos valores al coeficiente de arrastre hasta alcanzar una curva que se aproxime a la desarrollada por la simulación. El coeficiente de arrastre que mejor se ajusta a ambas gráficas tiene un valor de 0.8.
-6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 De sp laz amie n to (m ) Tiempos (s)
Análisis de la simulación con respecto a un MAS
Simulación MAS
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Ilustración 41:Comparación de la simulación con la TFP
Como se observa inicialmente las 2 curvas coinciden y se puede apreciar como a medida que pasa el tiempo la curva la simulación queda por debajo de la C. Arras 0.8. Esto se debe a que la teoría del flujo potencial no considera:
La viscosidad del fluido: Los efectos de la viscosidad de los fluidos reales quedan limitados a las regiones del espacio (muchas veces pequeñas) donde tienen lugar fuertes gradientes de la velocidad (capas límite, o regiones donde el flujo es turbulento y no se cumplen las ecuaciones de Euler) En el grueso del flujo los efectos de la viscosidad son despreciables y el fluido se puede suponer ideal (flujo laminar se cumplen las ecuaciones de Euler), es decir, las regiones donde las fuerzas viscosas son despreciables si se las compara a las fuerzas de presión y/o inercia. En la teoría del flujo potencial se considera que el fluido es ideal y no viscoso.
Ilustración 42: Flujo turbulento y laminar -6,00 -5,00 -4,00 -3,00 -2,00 -1,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 De sp laz amie n to (m ) Tiempo (s)
Comparación de Simulación con la TFP
Simulación C. Arras 0.8
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Flujo rotacional: Se dice que un flujo es rotacional cuando el rotor de la función vectorial es distinto de cero. Cuando un flujo es turbulento también será rotacional.
Ilustración 43: Flujo rotacional
La vorticidad permite cuantificar la rotación de las partículas fluidas (es el doble de la velocidad angular). Para que esa rotación tome lugar tiene que haber un torque sobre la partícula fluida. Este torque aparece como consecuencia de la viscosidad del fluido.
Además analizando los resultados del Wall Y+ podemos observar que dicho parámetro se encuentra cerca del óptimo que es 1 en la mayoría de las regiones.
44 Las principales partes donde el Wall Y+ cobra importancia son en las zonas que alternan entre aire y agua, es decir, la interfase y en la esquina inferior del cilindro donde se observan los siguientes vórtices. Los vórtices como anteriormente se ha mencionado no se consideran en el cálculo de la teoría del flujo potencial, de ahí la diferencia con respecto al cálculo realizado con el CFD. Dichos vórtices se generan por el ángulo de 90º podrían verse disminuidos dando un radio por lo que se evita una concentración de tensiones.
Ilustración 45: Vórtices generados