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HIDRODINAMICA

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4 tesis en 1 páginas: 1
  • ANÁLISIS DE RESONANCIA PORTUARIA: GENERACIÓN, TRANSITORIEDAD, NO LINEALIDAD Y ACOPLAMIENTO GEOMÉTRICO

    Autor: DÍAZ HERNÁNDEZ GABRIEL.
    Año: 2005.
    Universidad: CANTABRIA [Más tesis de esta universidad] [www.unican.es].
    Centro de lectura: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS.
    Centro de realización: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS.
    Enlace a esta ficha: http://www.kriptia.com/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/INGENIERIA_Y_TECNOLOGIA_AERONAUTICAS/HIDRODINAMICA/1#114685
    Resumen: La resonancia tiene lugar en dominios o cuerpos de agua semi-encerrados tales como puertos, bahías o calas, si alguno de los modos naturales (propios) de oscilación es excitando por un forzamiento exterior. La energía que, proveniente del exterior, accede al recinto semi-encerrado queda atrapada, y se amplifica, dando lugar a oscilaciones interiores que pueden llegar a tener, ocasionalmente, amplitudes mucho mayores de los habitual. Los mecanismos de forzamiento de la resonancia pueden ser muy variados e incluir, entre otros, ondas infragarvitatorias generadas por el oleaje, ondas largas inducidas por actividad sísmica de los fondos marinos o deslizamientos submarinos (tsunamis) u ondas largas debidas a perturbaciones de las presión atmosférica. Esta Tesis Doctoral se ha dedicado al estudio de la hidrodinámica asociada a los procesos de resonancia en dominios semi-encerrados. Más específicamente, el esfuerzo fundamental se ha centrado en la caracterización de los elementos forzadores, las características no lineales del rozamiento y de la respuesta de los puertos, la transitoriedad del fenómeno y de la incidencia sobre la respuesta del potencial acoplamiento de la respuesta de recintos adyacentes. Es decir, los conceptos fundamentales sobre los que se ha centrado en esta Tesis la investigación del fenómeno de la resonancia son: la generación, la nolinealidad, la transitoriedad y el acoplamiento geométrico. Los objetivos planteados son tres: 1,- Ampliar nuestro conocimiento sobre el fenómeno, profundizando el análisis de los conceptos anteriormente mencionados. 2,- Mejorar nuestra capacidad para reproducir el fenómeno con el fin de contribuir a proporcionar vías alternativas para realizar estudio de retro-análisis y predicciones del fenómeno y finalmente. 3,- Integrar toda la investigación, metodologías y herramientas elaboradas en una metodología capaz de mejorar sustancialmente la aproximación que se hace hoy en día al problema. Para ello, y después de un análisis exhaustivo del estado del arte, se hace uso de una metodología que integra la aproximación teórica, con la información de medidas en el campo, modelado físico en el laboratorio y simulación numérica. En primer lugar, el estudio de la generación se aborda, presentando una nueva metodología de análisis cuyo objetivo es caracterizar las oscilaciones de baja frecuencia (onda larga, 600s menor T menor 30s), existentes en los registros instrumentales de oleaje (onda corta, 30s menor T menor 4s) medidos en campo (Gijón y Lastres), como posibles elementos forzadores del fenómeno de resonancia portuaria. En segundo lugar, se plantea la ejecución de una exhaustiva campaña de experimentación en modelo físico que tiene como misión fundamental incrementar nuestro conocimiento sobre la no linealidad, la transitoriedad y el acoplamiento geométrico y su incidencia sobre la resonancia torturaría. En tercer lugar, se presenta un modelo numérico (modelo MANOLO) que se basa en las ecuaciones extendidas de Boussinesq. En esta Tesis, el modelo ha sido mejorado, validado con datos teóricos, con datos provenientes de la simulaciones físicas en laboratorio, diseñadas ex profesor para esta investigación, así como con las series temporales de superficie libre de la campaña de campo LAST-97. En dichas campañas se registraron importantes episodios reales de resonancia, dentro del puerto de Ciutadella y la cala Platja Gran localizados en la costa Oeste de la isla de Menorca. La aplicación del modelo a estos caso 8 s, con g a73 randes mallas y series muy largas de forzamiento, ha requerido mejorar considerablemente las capacidades del modelo inicialmente desarrollado. La validación del modelo, tanto con los datos procedentes del modelado físico como con los casos considerados en Ciudadela, ha mostrado resultados excelentes, por lo que el modelo MANOLO, puede considerarse, hoy por hoy, el modelo en elementos finitos más avanzado en su género, al considerar la generación de onda larga por onda corta (generación), la no linealidad y la transitoriedad del proceso resonante, así como las consecuencias sobre el mismo del acoplamiento geométrico. Más aún, se ha demostrado que el modelo es suficientemente robusto y estable como para considerar forzamientos durante largos intervalos de tiempo con tiempos de ejecución muy razonables. Finalmente, esta tesis presenta una metodología integral para el estudio de agitación y resonancia en puertos, exponiendo las fuentes de datos que se deben de considerar en cualquier estudio, el tratamiento de dichos datos, la caracterización de los elementos forzadores, y la aplicación de los modelos numéricos a ser empleados, presentando una serie de recomendaciones que se deben de seguir en función de los objetivos particulares de cada estudio a realizar. Adicionalmente, se presenta un ejemplo de aplicación de la metodología, a través de un estudio básico de agitación y resonancia portuaria en el puerto de Lastres, localizado en el Principado de Asturias, validado con datos de campo provenientes de la campaña 2001-2002 realizada por el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas CEDEX y el GIOC, siguiendo la metodología propuesta. Esta metodología, producto de la integración de las diferentes aportaciones que se han realizado en esta Tesis y de algunas contribuciones presentes en el estado del arte, constituye una nueva aproximación al problema de la agitación y resonancia portuaria que mejora sustancialmente el estado del arte y abre nuevas perspectivas para el futuro.
  • EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE LONGITUDINAL OSCILLATION OF AN AIR-BLASTED LIQUID SHEET.

    Autor: SIEGLER CHRISTIAN MARTIN.
    Año: 2005.
    Universidad: ZARAGOZA [Más tesis de esta universidad] [www.unizar.es].
    Centro de lectura: CENTRO POLITECNICO SUPERIOR.
    Centro de realización: LITEC/CSIC.
    Enlace a esta ficha: http://www.kriptia.com/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/INGENIERIA_Y_TECNOLOGIA_AERONAUTICAS/HIDRODINAMICA/1#120777
    Resumen: En la presente tesis doctoral se presenta un trabajo experimental donde se ha estudiado la oscilación longitudinal de una láminalíquida asistida por coflujos de aire de alta velocidad y, como novedad, la respuesta a un forzado del aire mediante una onda acústica.La oscilación longitudinal es el más importante de los mecanismos previos a la rotura primaria de una masa líquida y que conduce asu total desintegración (atomización). La atomización cuenta con numerosas aplicaciones tanto en la vida diaria como enimportantes sectores industriales, entre los cuales el más conocido es el de la combustión tanto en calderas como en motores decombustión interna. Los trabajos de la presente tesis se han llevado a cabo en una instalación experimental ubicada en elLaboratorio de Investigación en Tecnologías de la Combustión (LITEC). El atomizador es de tipo "sandwich", en el que la láminalíquida, con una relación de aspecto grande, está rodeada por dos coflujos de aire de alta velocidad, lo cual facilita el acceso de lastécnicas ópticas de medida.Los objetivos del presente estudio han sido: determinar las leyes que describan la influencia de algunos de los parámetros relevantesen el diseño del cabezal atomizador sobre el comportamiento de oscilación longitudinal de la lámina, así como estudiar la respuestade la misma a un estímulo externo, en este caso la perturbación acústica. Así, se han obtenido resultados originales sobre la influenciadel espesor de la lámina liquida y la del ancho de los canales de aire sobre la oscilación longitudinal. Además se ha comprobadocomo, bajo determinadas frecuencias del forzado acústico aplicado en los canales de aire, la oscilación longitudinal de la láminacambia.La influencia del espesor inicial de la lámina liquida sobre la oscilación longitudinal se ha investigado midiendo tanto la frecuenciade oscilación como la semi-longitud de onda. Ambos parámetros se han determinado con técnicas basadas en la difración de láser.Cabe resaltar que para poder medir la semi-longitud de onda de oscilación se ha diseñado y desarrollado un nuevo método demedidas llamado "Double Beam Diffraction" (Difracción de doble haz). Se ha encontrado que la frecuencia de oscilación de lalámina líquida se reduce con la raíz cuadrada de su espesor. Además, también se ha observado que el máximo de la frecuencia sedesplaza hacia valores más altos de la velocidad de agua con una dependencia del inverso de la raíz cuadrada del espesor de lalámina. Con estos resultados se han determinado los parámetros adimensionales que describen este proceso, los cuales son el númerode Strouhal (St) y el Momentum Ratio (MR). En cuánto a la semi-longitud de onda se ha encontrado que este parámetro depende deforma lineal del espesor inicial de la lámina líquida, y en consecuencia en su expresión adimensional del inverso de la raíz cuadradadel Momentum Ratio, MR.Aprovechando la medida simultánea de la frecuencia y semi-longitud de onda de la oscilación se ha determinado la velocidad depropagación de la onda longitudinal. Pese a la gran cantidad de experimentos realizados, no se han obtenido resultados concluyentessobre el parámetro de longitud característico por parte de los coflujos de aire (ancho de los canales, espesor de capa límite,relaciones de contracción, etc.)Empleando el forzado acústico se ha observado que es posible variar el modo de oscilación de la lámina. Se ha encontrado que estamodificación sólo es efectiva para las frecuencias del forzado que coinciden con las resonantes de la cavidad y cuando el mismo seaplica con un desfase de180 grados entre los dos altavoces empleados. Además, se ha comprobado la dependencia con la potenciaempleada del forzado. Se ha aprovechado el forzado acústico para visualizar el flujo de aire del presente sistema bifásico, sembrandoel aire con partículas de humo. Se ha observa 8 do cómo 58a se superpone la frecuencia del forzado a la de la oscilación longitudinal de lalámina. La frecuencia que coincide con la del forzado acústico se ve reflejada en la parte intacta de la lámina hasta el punto de iniciodel movimiento oscilatorio. Se ha obervado además cómo se desprenden los vórtices en el flujo del aire en la entrefase con lalámina, así como en la capa de mezcla exterior con el aire ambiente.Como trabajos futuros se indica la necesidad de la medida de las velocidades locales en los dos flujos, el estudio de la vorticidaddentro del co-flujo del aire y profundizar la investigación del efecto del forzado acústico. Además se propone estudiar la inestabilidadlineal de la lámina líquida teniendo en cuenta las condiciones experimentales particulares de esta tesis.
  • ESTUDIO EXPERIMENTAL Y MODELACIÓN DE LA RESISTENCIA AL FLUJO Y CARACTERIZACIÓN TURBULENTA DE LA INTERACCION FLUJO - VEGETACIÓN FLEXIBLE. APLICACIÓN NUMERICA A LOS HIDROSISTEMAS FLUVIALES.

    Autor: VELASCO MONTES DAVID.
    Año: 2006.
    Universidad: POLITÉCNICA DE CATALUÑA [Más tesis de esta universidad] [www.upc.edu].
    Centro de lectura: edifici c-1, aula 002.
    Centro de realización: C2 Àrea Acadèmica NORD.
    Enlace a esta ficha: http://www.kriptia.com/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/INGENIERIA_Y_TECNOLOGIA_AERONAUTICAS/HIDRODINAMICA/1#115757
    Resumen: Los ríos y rieras de Cataluña, y en el resto de países del mundo, han sufrido (y todavía sufren) una presión antrópica desmesurada y excepcional, a través de actuaciones y/o estructuras que han alterado su estado natural. La recuperación de estas corrientes degradadas debe pasar por una política de renaturalización, de recuperación de sus características iniciales, para que el índice de calidad biológica (calidad del agua, biodiversidad de especies, paisaje) vuelvan a ser los originales. En concreto - y aquí está el objetivo de este trabajo - la presencia y/o reintroducción de vegetación dentro de los cauces y llanuras de inundación de los ríos provoca, en primera instancia, la modificación de los coeficientes de resistencia al flujo, que deberían tenerse en cuenta. Factores como la forma y la densidad de la vegetación modifica críticamente el flujo turbulento a nivel local y macroscópico. La experimentación en laboratorio ofrece las primeras pistas para analizar y conocer más a fondo este fenómeno de interacción tan complejo. El estudio del flujo en lechos vegetados flexibles ha sido desarrollado en esta Tesis Doctoral bajo un punto de vista tanto experimental como numérico. Los trabajos experimentales correspondientes a esta Tesis fueron realizados en dos canales rectangulares pertenecientes al Dep. Enginyeria Hidràulica, Marítima i Ambiental de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), dentro del grupo GITS (Grupo de Investigación de Transporte de Sedimentos). Las experiencias se han realizado con modelos artificiales de planta que simulan sus propiedades de oposición y flexibilidad, así como plantaciones âin situ❠de coberturas naturales (cebada). Ambos canales, de pendiente fija, fueron utilizados en régimen uniforme (o cercano al uniforme) para establecer con confianza los coeficientes de resistencia al flujo de la vegetación. Además de medir los caudales y calados de estudio, se utilizaron velocímetros 2D y 3D de alta frecuencia de medida para registrar perfiles verticales de velocidades. La técnica de medición de estos sensores acústicos es de efecto Doppler (ADV Acoustic Doppler Velocimeter) y permite establecer con precisión las 3 componentes de la velocidad con altas frecuencias de captura (25 Hz) en un mismo punto de medida, de modo que se pueden correlacionar y estimar distintos parámetros turbulentos del flujo. Con el objetivo de estudiar los efectos que las diferentes coberturas vegetales flexibles ejercen sobre la resistencia al flujo, se optó por realizar una serie de campañas experimentales donde se variaba tanto las condiciones de flujo como el tipo de cobertura. En esta dirección, un primer resultado del análisis experimental es el ajuste de una ecuación analítica de resistencia al flujo para vegetación flexible. El estudio llevado a cabo en esta Tesis profundiza en el conocimiento de la estructura hidrodinámica del flujo sobre vegetación flexible. Los perfiles verticales de velocidad media U(z) son analizados por encima y entre plantas y se comprueba el desarrollo logarítmico del perfil en la zona por encima de la vegetación. Con el objetivo de justificar dichos resultados se crea un modelo teórico-conceptual de balance y distribución vertical de tensiones a lo largo del flujo, en el que se consideran tanto las fuerzas hidrodinámicas y turbulentas como las fuerzas de obstrucción (drag forces) provocadas por la vegetación. Seguidamente, se estudia la gran variabilidad de los coeficientes de arrastre Cd de las plantas con respecto al estado turbulento (nº de Reynolds Re) y la densidad y forma de las plantas. El estudio experimental de parámetros turbulentos ha permitido dar una explicación a la dinámica de intercambio de momentum entre las distintas zonas (por encima y entre plantas) y cómo las energías y escalas de las estructuras turbulentas (vórtices) se ven afectadas por la presencia de obstáculos.
  • MODELADO Y SIMULACIÓN NUMÉRICA DE LA DINÁMICA DE SISTEMAS CAVITANTES LÍQUIDO-BURBUJA CON PROCESOS DE REACCIÓN QUÍMICA.

    Autor: FUSTER SALAMERO DANIEL.
    Año: 2006.
    Universidad: ZARAGOZA [Más tesis de esta universidad] [www.unizar.es].
    Centro de lectura: CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR.
    Centro de realización: CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR.
    Enlace a esta ficha: http://www.kriptia.com/CIENCIAS_TECNOLOGICAS/INGENIERIA_Y_TECNOLOGIA_AERONAUTICAS/HIDRODINAMICA/1#119649
    Resumen: En el presente trabajo se aborda el problema del modelado y simulación numérica de la dinámica de sistemas líquido-burbuja con procesos de reacción química. En primer lugar, se presentan las ecuaciones para el problema general, haciendo un análisis adimensional de las mismas obteniendo los números adimensionales que van a controlar el proceso. A continuación, dos nuevos modelos de dinámica de burbujas aisladas son presentados. El primero, basado en la ecuación de Rayleigh-Plesset, resuelve las ecuaciones completas de Navier-Stokes en el interior de la burbuja incluyendo los procesos de transferencia de masa a través de la entrefase y el efecto de las posibles reacciones que se puedan producir durante los instantes del colapso. El segundo modelo, se presenta como un nuevo avance en el modelado de los procesos que ocurren en las proximidades de la burbuja al resolver las ecuaciones completas de continuidad y cantidad de movimiento en el líquido, lo que permite capturar las ondas de presión que van a generar las burbujas durante la implosión. De este modo, con ayuda de los modelos desarrollados, se ha realizado un análisis detallado de los procesos físicos y químicos que se llevan a cabo en la burbuja así como en el líquido que la rodea. El ciclo por el que pasa una burbuja cavitante ha sido dividido en diferentes etapas permitiendo una mejor comprensión del proceso. Para cada una de estas etapas, los resultados deducidos del análisis dimensional y el análisis numérico han permitido determinar bajo que condiciones las burbujas van a implosionar violentamente, así como el efecto de distintas variables externas como la composición del gas o la temperatura del líquido sobre la intensidad de la implosión producida. En cuanto a la aplicabilidad de los modelos tradicionales de Rayleigh-Plesset, se ha podido comprobar como la distancia de interacción de las burbujas es un parámetro fundamental de cara a obtener resultados realistas, además de dar una estimación del efecto que van a tener las interacciones burbuja-burbuja y pared-burbuja en equipos reales. En este sentido, el segundo modelo ha permitido estimar las distancias características de interacción de las burbujas en función de parámetros como la frecuencia de presión inducida o la compresibilidad del líquido. En cuanto a la importancia de los distintos procesos que ocurren en el interior de la burbuja, se ha podido verificar como la transferencia de masa va a tener poca influencia en la dinámica de la burbuja para procesos a alta frecuencia. Los procesos de reacción, pueden ser responsables de importantes gradientes internos de presiones en las burbujas que a su vez van a inducir ondas de presión internas en las burbujas que van a modificar sustancialmente los resultados encontrados. De este modo, se ha realizado un análisis exhaustivo del problema dimensional, proporcionando una visión detallada de los procesos que se llevan acabo en sistemas reales y proporcionando ciertos criterios que puedan ayudar al diseño de instalaciones de cavitación en el futuro.
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