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Descripción
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| El objetivo de esta tesis es el estudio y evaluación de la influencia de la superficie libre en estructuras sumergidas. Dos geometrías se han seleccionado. Por un lado, una placa flexible empotrada en un cilindro rígido se ve afectada por un flujo en régimen laminar. La estructura se sumerge a diferentes profundidades y se estudia la dependencia de los números de Cauchy, Reynolds y Froude. La deformación de la placa y las fuerzas de drag actuando sobre la estructura son analizadas en detalle con la finalidad de entender los efectos que la superficie libre ocasiona en la estructura. Se observa que la amplitud de oscilación de la placa aumenta a medida que los números de Reynolds, Froude y Cauchy también aumentan. Sin embargo, cuando la profundidad crece y la estructura se aleja de la superficie libre, todos los resultados tienden a saturarse. Para profundidades pequeñas, la superficie libre actúa amortiguando la oscilación de la placa, reduciéndola. Se estudia la física de la deformación de la placa basada en la diferencia de presiones a ambas caras de la placa y se monitoriza cómo la diferencia de presión disminuye cuando la estructura se acerca a la superficie libre. El coeficiente de drag de la estructura formada por el cilindro más la placa aumenta linealmente con la profundidad, pero disminuye cuando la viscosidad del fluido es reducida. Por otro lado, el flujo normal a una placa rectangular se estudia numéricamente usando la metodología Large Eddy Simulation (LES) teniendo en cuenta la superficie libre y la gravedad. Estudios numéricos previos en geometrías similares consideran periodicidad o flujo laminar. El estudio numérico, se basa en una simulación 3D con una placa rígida en régimen turbulento. Se encuentran importantes diferencias entre el caso laminar o asumiendo condiciones de contorno periódicas. Las simulaciones se validan inicialmente usando un caso de referencia con esquinas redondeadas y una configuración 3D periódica. La media aritmética de la fuerza de drag, la velocidad y los campos de presión se comparan en esta tesis con otras investigaciones a modo de validación. Finalmente, en el caso con dos fases y 3D, las fuerzas de drag y los campos de vorticidad cerca de la placa son comparados con el trabajo de Satheesh and Huera-Huarte (2019) Effect of the free surface on a at plate translating normal to the flow. Ocean Engineering 171, 458 - 468. Esos experimentos son usados para establecer el set-up en el numérico tomando en consideración los valores usados por el citado autor. Además se investigará el efecto del cambio de la superficie libre por una pared rígida. De estas investigaciones se puede indicar, por un lado: las frecuencias inestables asociadas a los casos periódicos desaparecen cuando el mismo no es periódico. Otra conclusión es hay una profundidad crítica entre la parte superior de la placa y la superficie libre donde el drag muestra su máximo valor. Estas conclusiones son estudiadas teniendo en cuenta la distribución de presión, las estructuras de los vórtices formados y profundidad de la placa. | |
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Internacional
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Si |
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ISBN
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Tipo de Tesis
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Doctoral |
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Calificación
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Sobresaliente |
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Fecha
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08/11/2019 |