Distribución de presiones no estacionaria sobre una esfera en el seno de una corriente uniforme

• Autores: Raúl Manzanares Bercial
• Directores de la Tesis: Sebastián Franchini Longhi (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Pedro Sanz Andrés (presid.), Omar Gómez Ortega (secret.), Luis Miguel García-Cuevas González (voc.), Jesús Gonzalo de Grado (voc.), Antonio Navarro Manso (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Aeroespacial por la Universidad Politécnica de Madrid
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología aeronáuticas
      • Aerodinámica
      • Cargas aerodinámicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • En los últimos años se ha descubierto un nuevo tipo de inestabilidad aeroelástica sufrida por las balizas esféricas colocadas en los cables de guarda de las líneas de alta tensión eléctrica. Dicha inestabilidad consiste en el movimiento de las balizas en el plano transversal al cable cuando el viento incide en la dirección del mismo (Transversal Instabilities due to Longitudinal Winds, TILoW). La investigación publicada ha aportado modelos matemáticos que explican el comportamiento tanto de la catenaria completa como de una baliza aislada, así como ensayos en túnel de viento, tanto dinámicos como estáticos sobre una baliza, que han identificado los diferentes modos de oscilación que presenta la esfera y la evolución de las fuerzas aerodinámicas en función de la velocidad del viento incidente. De los resultados de los ensayos en túnel realizados en dicha investigación se deduce la existencia de estados cuasi-estables de intermitencia, presentes en las fuerzas aerodinámicas de la esfera, siendo éste un fenómeno novedoso que no había sido identificado anteriormente. Para profundizar en este tema, se han optado por establecer un procedimiento experimental considerando ensayos con maquetas que permiten medir el campo de presiones alrededor de la esfera de forma simultánea, con alta resolución temporal, y espacial en su caso. Dada la gran cantidad de parámetros que intervienen en el problema original (velocidad del viento, presencia del cable, rugosidad superficial, etc.), este estudio se ha limitado a esferas lisas, sin la presencia del cable, con el fin de determinar si la aparición de los estados de intermitencia es propia de la esfera o viene impuesta por la presencia del cable. Los ensayos realizados en túnel de viento sobre el modelo construido han aportado una caracterización exhaustiva y detallada de los diferentes estados de intermitencia que aparecen en las fuerzas aerodinámicas sufridas por la esfera, destacando su evolución con el número de Reynolds, variando tanto el valor de los coeficientes de fuerzas aerodinámicas como su duración. A pesar de la simetría de revolución de la esfera, la fuerza aerodinámica lateral neta no es nula, y los estados de intermitencia que aparecen son tanto de corta como de larga duración. Es reseñable que la aparición de los estados de intermitencia ha resultado ser no periódica. El análisis del campo de presiones alrededor de la esfera ha permitido la caracterización detallada de las zonas de sobrepresión, succión y flujo desprendido, observando su evolución con el número de Reynolds. En el régimen subcrítico, a medida que aumenta Re, las fluctuaciones del coeficiente de presión en la zona anterior al punto de máxima succión disminuyen, hasta su práctica desaparición en régimen supercrítico. Se ha observado la presencia de burbujas de recirculación en la región de gradiente adverso de presiones. La intensidad de la succión varía en función de la posición azimutal en la esfera. El desplazamiento azimutal de las regiones de alta succión relativa, junto con una línea de desprendimiento de capa límite irregular no estacionaria, determina la dirección de la fuerza lateral, así como el comportamiento de los estados de intermitencia observados. Por otra parte, se ha establecido la existencia de diferentes regímenes dentro del régimen supercrítico. Este estudio comporta una especial relevancia ya que ha permitido caracterizar por primera vez, de forma exhaustiva, los diferentes estados de intermitencia que aparecen sobre la esfera lisa, además de presentar un novedoso estudio detallado de la distribución instantánea de presiones sobre la misma, la relación entre ambos, y su evolución con Re. Los resultados aportados son fundamentales para la compresión del complejo fenómeno de la intermitencia en la aerodinámica de la esfera, con el fin de resolver, entre otros, el problema de las inestabilidades tipo TILoW.