Investigación Numérica del Flujo de Agua Ventilado por Aire a Altos Números de Reynolds bajo un Cuerpo Sólido con Variaciones en la Geometría de la Superficie
Autores: Matveev, Konstantin I.; Collins, Jeffrey M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Investigación Numérica del Flujo de Agua Ventilado por Aire a Altos Números de Reynolds bajo un Cuerpo Sólido con Variaciones en la Geometría de la Superficie
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cavidades ventiladas por aire
Configuraciones del casco
Tasas de suministro de aire
Reducción de arrastre
Simulaciones numéricas
Geometría del casco
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las cavidades ventiladas por aire formadas debajo o alrededor de los cascos de los vehículos marinos pueden reducir la resistencia al agua. Las configuraciones de casco con ventilación parcial de aire, donde las cavidades de aire se readhieren a las superficies del cuerpo, son de especial interés práctico, ya que las tasas de suministro de aire requeridas para lograr una reducción significativa de la resistencia pueden ser bastante bajas. Sin embargo, la formación y estabilidad de tales cavidades de aire son sensibles a la geometría del casco y a las condiciones operativas. En este estudio, se intenta simular numéricamente un conjunto con una cavidad de aire parcial que fue probado experimentalmente a altos números de Reynolds, por encima de 50 millones. Se ha empleado un software de dinámica de fluidos computacional, Star-CCM+, para el modelado numérico. Se modelaron estados estables e inestables del conjunto de cavidad de aire, caracterizados por cavidades de aire largas y colapsantes, respectivamente, a dos tasas de suministro de aire cerca del límite de estabilidad. Los resultados numéricos fueron similares a los datos experimentales a la velocidad óptima del agua para la geometría probada, cuando se mantuvo una cavidad de aire larga a una tasa mínima de suministro de aire. Para velocidades del agua que eran sustancialmente más altas o más bajas que el caso óptimo, no se pudo mantener una cavidad estable con pequeñas tasas de suministro de aire para la geometría del casco dada. Las simulaciones numéricas demostraron cómo las alteraciones de la superficie del cuerpo podrían ayudar a mantener largas cavidades de aire a través de un rango de velocidades más amplio utilizando tasas de suministro de aire que eran similares al caso óptimo. Estos hallazgos sugieren que las superficies de casco en transformación pueden utilizarse potencialmente para el control de cavidades de aire que reducen la resistencia y ampliar el rango operativo viable para su aplicación a vehículos marinos.
Descripción
Las cavidades ventiladas por aire formadas debajo o alrededor de los cascos de los vehículos marinos pueden reducir la resistencia al agua. Las configuraciones de casco con ventilación parcial de aire, donde las cavidades de aire se readhieren a las superficies del cuerpo, son de especial interés práctico, ya que las tasas de suministro de aire requeridas para lograr una reducción significativa de la resistencia pueden ser bastante bajas. Sin embargo, la formación y estabilidad de tales cavidades de aire son sensibles a la geometría del casco y a las condiciones operativas. En este estudio, se intenta simular numéricamente un conjunto con una cavidad de aire parcial que fue probado experimentalmente a altos números de Reynolds, por encima de 50 millones. Se ha empleado un software de dinámica de fluidos computacional, Star-CCM+, para el modelado numérico. Se modelaron estados estables e inestables del conjunto de cavidad de aire, caracterizados por cavidades de aire largas y colapsantes, respectivamente, a dos tasas de suministro de aire cerca del límite de estabilidad. Los resultados numéricos fueron similares a los datos experimentales a la velocidad óptima del agua para la geometría probada, cuando se mantuvo una cavidad de aire larga a una tasa mínima de suministro de aire. Para velocidades del agua que eran sustancialmente más altas o más bajas que el caso óptimo, no se pudo mantener una cavidad estable con pequeñas tasas de suministro de aire para la geometría del casco dada. Las simulaciones numéricas demostraron cómo las alteraciones de la superficie del cuerpo podrían ayudar a mantener largas cavidades de aire a través de un rango de velocidades más amplio utilizando tasas de suministro de aire que eran similares al caso óptimo. Estos hallazgos sugieren que las superficies de casco en transformación pueden utilizarse potencialmente para el control de cavidades de aire que reducen la resistencia y ampliar el rango operativo viable para su aplicación a vehículos marinos.