Influencia del movimiento relativo de un vector de cuatro cilindros independientes durante los fenómenos de interferencia por estela y proximidad

• Autores: Jessica García Navarro, José María Terrés Nícoli
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 137-138
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Influence of the relative movement between an array of four independently supported cylinders due to wake and proximity interference
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• Resumen
  • español

    Para un diseño de fachada de interés práctico, la fachada de la Torre PortaFira, (Toyo Ito, Barcelona); se ha examinado la influencia del movimiento relativo de un vector de cuatro cilindros durante los fenómenos de interferencia de estela y proximidad. El carácter divergente de este tipo de inestabilidades puede comprometer la integridad estructural y debe, por tanto, considerarse en etapas tempranas del diseño. A día de hoy, su evaluación requiere el ensayo en túnel de viento de la configuración específica (vector de cuatro cilindros D=110mm y L=1340mm). El estudio de viento de la Torre PortaFira fue llevado a cabo por el equipo de Oritia & Boreas en el Túnel de Viento de Capa Límite de la Universidad de Granada, concluyendo con el diseño de un TMD específico para cada cilindro del sistema de fachada.

    El flujo alrededor de cuerpos romos (como el cilindro) dispuestos en grupo es complejo.

    Cuando un cilindro está muy próximo a un primero y además, parcial o completamente sumergido en la estela de éste, pueden ocurrir y combinarse fenómenos de interferencia por proximidad y de interferencia de estela. En este caso de estudio (L/D=1.91), como establece Zdravkovich (1977, 1987), la estela del cilindro aguas arriba queda interrumpida y la respuesta dinámica y las características vibratorias de los cilindros agrupados está interrelacionada, dando lugar a mecanismos de interferencia mutua, difíciles de prever analíticamente.

    Dada la dificultad técnica de la metodología, en los estudios experimentales normalmente se ha obviado la influencia del número de componentes y el número de grados de libertad del modelo ensayado. Pocos trabajos han abordado investigaciones experimentales con dos o más cilindros libres, que es, sin embargo, el caso de la mayoría de las soluciones prácticas ingenieriles.

    La investigación se aborda experimentalmente mediante ensayos en la sección aguas arriba del túnel de viento de la UGR. Se diseñó y construyó un banco de ensayo específico, con un sistema elástico de suspensión individual para cada tubo. La respuesta de arrastre quedó restringida evitando interferencias mecánicas entre cuerpos. Cada cilindro podía quedar independientemente fijado, proporcionando un total de ocho diferentes configuraciones fijo/libre.

    Los resultados de la comparativa entre configuraciones se han manifestado altamente significativos, revelando que la influencia del movimiento relativo de la totalidad del vector deriva en una respuesta reducida de los cilindros, semejante al efecto desencadenado por un aumento del grado de amortiguamiento, y que consecuentemente, su no consideración tiene un carácter conservador.

  • English

    In the design of the PortaFira Hotel facade system (Toyo Ito, Barcelona); an experimental study of the relative movement between an array of four circular cylinders was completed to examine possible wake and proximity interference. The divergent character of this interference-induced instability is known to compromise structural integrity and, as such, must be considered early in the design stage. Currently, an evaluation may only be completed in a correctly configured wind tunnel study, in this case with a vector of four circular cylinders of diameter, D, of 110mm, and length, L, of 1340mm. The wind tunnel study of the PortaFira Hotel facade systems was examined by the Oritia & Boreas personnel in the University of Granada boundary layer wind tunnel, concluding with the design of a tuned mass damper (TMD) specific to the aerodynamic properties of the facade system.

    The flow around grouped bluff bodies (like a cylinder) is complex. When a cylinder is in close proximity to an adjacent cylinder and partially or completely submerged in its wake, phenomena known as proximity or wake interference may occur. In the case of the present study (L/D=1.91), the wake of the upstream cylinder may be interrupted and the dynamic response and vibration characteristics of the cylinders in the group are interrelated [Zdravkovich; 1977, 1987], forming mechanisms of mutual interference which are difficult to predict analytically.

    Given the technical complexity of the methodology, experimental studies of the phenomena are typically simplified to reduce the number of components and degrees of freedom of the experimental model. Few studies have been performed with two or more freely oscillating cylinders, which are however, the case of the majority of practical engineering problems.

    The experimental study was performed in the upstream section of the University of Granada wind tunnel. A specific test rig was designed and constructed for the study, which includes an independent elastic suspension system for each cylinder. The drag response was restricted to eliminate associated mechanical interference between bodies.

    Each cylinder could also be independently fixed, giving a total of eight freely oscillating/fixed test configurations.

    Analysis of the response between test configurations presents significant conclusions, revealing the relative movement of the group of cylinders is reduced if all cylinders are freely oscillating, analogous to an increase in damping and consequently, study results may be considered conservative if not included in the analysis.