Casuística 4.1 INTRODUCCIÓN

Transcripción

1 4.1 INTRODUCCIÓN La primera impresión que produce el método cuando se exponen sus resultados es de un cierto asombro para todo aquél que conozca el estado actual de desarrollo del cálculo del movimiento de fluidos. Al pensar en las posibles aplicaciones del programa Dam, a uno le da la impresión de estar más limitado por la imaginación que por la propia versatilidad del programa. Sin embargo, no debemos perder de vista que se trata de un modelo puramente lagrangiano y que, en función de los casos que nos interese estudiar, estaremos muy limitados por el tiempo de cálculo, e incluso será mucho más recomendable otro método numérico. Esta sección de la tesina consta de una selección de ejemplos variados de aplicación del programa Dam. El objeto de esta selección es mostrar al lector los múltiples campos que el método puede abarcar, haciendo énfasis en la diversidad y en el realismo en sus resultados. Debe tenerse en cuenta que sólo se mostrará el movimiento de los fluidos, sin entrar en detalles como pueden ser las velocidades, las presiones o las tensiones de corte, a pesar de que el programa proporciona esos datos. El capítulo se centra exclusivamente en mostrar la versatilidad del método numérico. La presentación de ejemplos se ha hecho por secuencias de fotografías exportadas mediante el postprocesador de GID, e intentan capturar el movimiento del fluido. En las fotografías no se detalla el tiempo transcurrido, ya que no se pretende que a partir de ellas el lector pueda recrear la animación, sólo se han insertado fotografías que representan un cambio apreciable respecto a la anterior y permiten una visión global del movimiento. Mucho más útil, práctica y realista es la versión animada de estas secuencias, que se puede encontrar en la versión en formato digital de esta tesina. 40

2 4.2 CAÍDA POR PERFIL PARABÓLICO. Este ejemplo consiste en una cierta cantidad de agua que se deja caer por una pendiente intentando emular el aliviadero disipador de una presa. 41

3 Este mismo caso puede ser ejecutado con una entrada de caudal constante, lo que simularía con más realismo el mismo caso. 42

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5 4.3 GENERADOR DE TIPO FLAP. Este tipo de generador ha sido el más usado durante la realización de esta tesina a nivel práctico. El balanceo del flap permite generar olas de las características deseadas. En este ejemplo concreto se trataba de generar olas que rompieran de forma contundente. 44

6 El programa no sólo hace que las olas rompan claramente y que salten salpicaduras, sino que además refleja de forma muy realista las volutas que se forman en el seno del fluido. Esto último se aprecia perfectamente en la visión animada de la secuencia. Por otro lado, se puede observar que las olas son asimétricas, con ello se supera la calidad de resultados que se puedan obtener por la aproximación analítica lineal. 45

7 Además, se puede observar la sobreelevación que tiene el nivel del agua en la vertical del dique cuando la ola llega a él y también el efecto disipador que tienen las olas reflejadas sobre las incidentes. 46

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9 4.4 GENERADOR DE TIPO CUÑA. Consiste en un generador de olas de tipo cuña que, con su vaivén adelante y atrás por un plano inclinado, produce las olas deseadas. Este ejemplo simula a escala real el canal y el generador de oleaje de las instalaciones del CIEM. 48

10 Las primeras olas generadas se encuentran una gran masa de agua en reposo y disipan su altura de ola rápidamente. 49

11 Pero a medida que avanza el tiempo, las alturas de ola crecen. No obstante, la propagación de la ola se ha observado muy disipativa, es decir, la altura de ola disminuye a medida que la ola avanza mucho más de lo observado en el canal. El uso de la viscosidad normal del agua ( Pa s.) en el programa ofrece resultados apreciablemente más viscosos que en el caso real. 50

12 4.5 RESALTO HIDRÁULICO Tradicionalmente, en la hidráulica, se ha intentado evitar el estudio a fondo del campo de velocidades en el seno de un resalto hidráulico. De hecho, se suelen tener en cuenta únicamente las características del flujo aguas arriba y aguas abajo del resalto, aplicando ecuaciones de conservación. Este ejemplo muestra la capacidad del programa de descubrirnos los erráticos movimientos que se producen en los vórtices inestables que continuamente se forman, se trasladan y se deshacen. Estos vórtices se aprecian en la versión animada de esta secuencia. Queda demostrada la capacidad del método para reflejar los detalles del movimiento turbulento al menos en cierta medida (mallas más densas reflejan más vórtices y más pequeños. 51

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14 La ejecución del programa se detuvo al observarse que se había llegado a un régimen permanente, con un caudal de salida similar al de entrada. 53

15 4.6 DEPÓSITO CILÍNDRICO OSCILANTE En este ejemplo se ha intentado modelizar el movimiento de un tanque cilíndrico con agua en su interior, semejante a los que se colocan en la parte alta de algunos edificios con la intención de contrarestar los efectos de un terremoto. La oscilación impuesta es constante, sin fin, y con un periodo de 2 segundos. Es un ejemplo de problema considerando las tres dimensiones espaciales. La secuencia de fotografías se ha extraído de la animación, que está tomada perpendicularmente al plano de oscilación. La geometría inicial del problema renderizada y vista en perspectiva es la siguiente: Secuencia de fotografías: 54

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17 Y después de un total de 13 segundos de cálculo tenemos que El fluido ha seguido oscilando de forma normal, pero tal y como se puede observar, hay gran densidad de nodos en la parte superior del fluido. A lo largo del movimiento, los nodos situados más arriba han ido perdiendo cota y se han situado en capas más bajas, donde ya había nodos. Así pues, el efecto resultante es una pérdida de volumen. 56

18 4.7 CAÍDA DE FLUIDO VISCOSO Este otro ejemplo en 3D, se intenta simular el comportamiento de una cierta masa de fluido viscoso (se introdujo Pa s al programa), cuando se la deja caer por una rampa que acaba en una zona plana. La secuencia de fotos muestra la evolución del fluido, cada vez con intervalos de tiempo más espaciados porque el movimiento se ralentiza mucho enseguida. 57

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20 Como se puede observar, la técnica utilizada en el post-proceso difiere un poco de la anteriormente expuesta. En este caso, no sólo se dibujan los nodos de fluido y pared, sino que dibujan también los elementos del fluido, y así se consigue una representación mucho más realista. Esta secuencia no se puede encontrar en video en la versión digital de la tesina salvo en su versión en movimiento de los nodos. Estas variaciones demuestran el estado de desarrollo en que se encuentra no sólo el programa Dam, sino también su post-proceso, dentro del cual hay aún muchas posibilidades, entre las cuales se cuenta, por ejemplo, el hecho de representar la superficie de pared (contorno) como tal, y no como un conjunto de puntos. 59