Vibraciones Inducidas por Vórtices de un Cilindro Rígido de 2 Grados de Libertad con Crecimiento Marino Duro en Flujo Oscilatorio Turbulento
Autores: Annapeh, Henry Francis; Kurushina, Victoria
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Vibraciones Inducidas por Vórtices de un Cilindro Rígido de 2 Grados de Libertad con Crecimiento Marino Duro en Flujo Oscilatorio Turbulento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Vibraciones inducidas por vórtices
Cilindro fouled marino
Número de Keulegan-Carpenter
Régimen de bloqueo
Efecto de biofouling
Estructuras offshore
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una investigación numérica sobre las vibraciones inducidas por vórtices (VIV) de un cilindro circular liso y uno afectado por fouling marino con dos grados de libertad (2DOF), sometido a un flujo oscilatorio turbulento. El estudio tiene como objetivo esclarecer la influencia crítica del número de Keulegan-Carpenter (KC) de 5, 10 y 15 en la respuesta de vibración, el régimen de bloqueo, la sincronización de frecuencias, los patrones de trayectoria y la vorticidad. Las simulaciones se realizan resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) en dos dimensiones y no estacionarias con el modelo de turbulencia k- de Transporte de Esfuerzo Cortante (SST) en ANSYS Fluent 2025 R1. Un aumento en el número KC conduce a una ampliación significativa de la región de bloqueo, un aumento en las amplitudes máximas de vibración y su aparición a velocidades reducidas más altas. Otro hallazgo clave es el efecto supresor consistente del fouling biológico en las vibraciones de flujo cruzado. El cilindro afectado por fouling presenta amplitudes de flujo cruzado más bajas en todos los números KC en comparación con el cilindro liso, casi estabilizándose alrededor de 1.0D para KC = 10 y 15, mientras que el cilindro liso alcanza amplitudes de hasta 1.8D y una amplitud máxima en línea de 4.46D. Estos hallazgos tienen implicaciones críticas para la evaluación realista de la vida útil por fatiga y el diseño de estructuras marinas en alta mar, destacando la necesidad de incorporar los efectos de la rugosidad de la superficie en los modelos de predicción de VIV.
Descripción
Este documento presenta una investigación numérica sobre las vibraciones inducidas por vórtices (VIV) de un cilindro circular liso y uno afectado por fouling marino con dos grados de libertad (2DOF), sometido a un flujo oscilatorio turbulento. El estudio tiene como objetivo esclarecer la influencia crítica del número de Keulegan-Carpenter (KC) de 5, 10 y 15 en la respuesta de vibración, el régimen de bloqueo, la sincronización de frecuencias, los patrones de trayectoria y la vorticidad. Las simulaciones se realizan resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) en dos dimensiones y no estacionarias con el modelo de turbulencia k- de Transporte de Esfuerzo Cortante (SST) en ANSYS Fluent 2025 R1. Un aumento en el número KC conduce a una ampliación significativa de la región de bloqueo, un aumento en las amplitudes máximas de vibración y su aparición a velocidades reducidas más altas. Otro hallazgo clave es el efecto supresor consistente del fouling biológico en las vibraciones de flujo cruzado. El cilindro afectado por fouling presenta amplitudes de flujo cruzado más bajas en todos los números KC en comparación con el cilindro liso, casi estabilizándose alrededor de 1.0D para KC = 10 y 15, mientras que el cilindro liso alcanza amplitudes de hasta 1.8D y una amplitud máxima en línea de 4.46D. Estos hallazgos tienen implicaciones críticas para la evaluación realista de la vida útil por fatiga y el diseño de estructuras marinas en alta mar, destacando la necesidad de incorporar los efectos de la rugosidad de la superficie en los modelos de predicción de VIV.