Simulaciones CFD tridimensionales del flujo alrededor de un cilindro infinitamente largo desde regímenes de Reynolds subcríticos hasta postcríticos utilizando DES
Autores: de Oliveira, Marielle; Saltara, Fábio; Jackson, Adrian; Parsons, Mark; Carmo, Bruno S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Simulaciones CFD tridimensionales del flujo alrededor de un cilindro infinitamente largo desde regímenes de Reynolds subcríticos hasta postcríticos utilizando DES
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo alrededor de cilindros circulares
Mecánica de fluidos
Regímenes de Reynolds
Turbulencia
Simulaciones numéricas
Desprendimiento de vórtices
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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El flujo alrededor de cilindros circulares es un problema clásico en mecánica de fluidos con implicaciones significativas para la ingeniería offshore. Si bien se ha realizado una extensa investigación numérica y experimental centrada en los regímenes de Reynolds subcrítico y crítico, los regímenes supercrítico y postcrítico siguen siendo desafiantes y relativamente inexplorados, principalmente debido a la naturaleza compleja de la turbulencia y los altos requisitos computacionales. En este estudio, realizamos simulaciones de vórtices desprendidos tridimensionales utilizando el método de volúmenes finitos en OpenFOAM v1906, empleando el modelo de turbulencia k- SST de Menter, para investigar sistemáticamente el flujo alrededor de un cilindro liso infinitamente largo desde el régimen subcrítico hasta el postcrítico. La configuración numérica garantiza una resolución precisa cerca de la pared y una representación confiable de las características del flujo no estacionario. Presentamos un análisis detallado de los patrones de desprendimiento de vórtices, la evolución de la estela y las propiedades estadísticas de los coeficientes de sustentación y arrastre para números de Reynolds seleccionados representativos de cada régimen. Los resultados de la simulación se comparan con datos experimentales de la literatura, demostrando un buen acuerdo para el número de Strouhal y el arrastre medio. Se hace especial hincapié en la evolución de la topología de la estela y los coeficientes de fuerza a medida que el flujo transita de condiciones laminares a completamente turbulentas. Los hallazgos contribuyen a la limitada literatura numérica sobre el flujo alrededor de cilindros circulares en los regímenes de números de Reynolds subcrítico, crítico, supercrítico y postcrítico, proporcionando conocimientos que son fundamentalmente relevantes para el ámbito más amplio de la comprensión de los fenómenos de desprendimiento de vórtices.
Descripción
El flujo alrededor de cilindros circulares es un problema clásico en mecánica de fluidos con implicaciones significativas para la ingeniería offshore. Si bien se ha realizado una extensa investigación numérica y experimental centrada en los regímenes de Reynolds subcrítico y crítico, los regímenes supercrítico y postcrítico siguen siendo desafiantes y relativamente inexplorados, principalmente debido a la naturaleza compleja de la turbulencia y los altos requisitos computacionales. En este estudio, realizamos simulaciones de vórtices desprendidos tridimensionales utilizando el método de volúmenes finitos en OpenFOAM v1906, empleando el modelo de turbulencia k- SST de Menter, para investigar sistemáticamente el flujo alrededor de un cilindro liso infinitamente largo desde el régimen subcrítico hasta el postcrítico. La configuración numérica garantiza una resolución precisa cerca de la pared y una representación confiable de las características del flujo no estacionario. Presentamos un análisis detallado de los patrones de desprendimiento de vórtices, la evolución de la estela y las propiedades estadísticas de los coeficientes de sustentación y arrastre para números de Reynolds seleccionados representativos de cada régimen. Los resultados de la simulación se comparan con datos experimentales de la literatura, demostrando un buen acuerdo para el número de Strouhal y el arrastre medio. Se hace especial hincapié en la evolución de la topología de la estela y los coeficientes de fuerza a medida que el flujo transita de condiciones laminares a completamente turbulentas. Los hallazgos contribuyen a la limitada literatura numérica sobre el flujo alrededor de cilindros circulares en los regímenes de números de Reynolds subcrítico, crítico, supercrítico y postcrítico, proporcionando conocimientos que son fundamentalmente relevantes para el ámbito más amplio de la comprensión de los fenómenos de desprendimiento de vórtices.