Calibración de modelos turbulentos para el estudio del fenómeno de desprendimiento de vórtices en un perfil Donaldson

Abstract

Los requerimientos operacionales para la regulación de producción de energía en una central hidroeléctrica han conducido a un incremento en la disponibilidad de las turbinas y a rangos de operación más amplios, esto implica su operación a carga parcial lo que trae aparejado un incremento en los niveles de vibraciones dando lugar a la aparición de fenómenos de interacción de flujo-estructura, o FSI por sus siglas en idioma inglés (Fluid StructureInteraction) que pueden dañar la máquina. Por esta causa, la interacción fluido-estructura, entre el fenómeno de desprendimiento de vórtices y los álabes de la máquina, se ha vuelto en estos días un importante campo de investigación de cara al diseño de maquinaria hidráulica. Dentro de las aplicaciones de diseño de máquinas la Dinámica de Fluidos Computacional o CFD por sus siglas en idioma inglés (Computational Fluid Dynamic) ha tomado gran importancia el modelado de flujos turbulentos mediante modelos para la turbulencia. Su consiguiente validación/calibración para el estudio de este fenómeno es algo común hoy en día. Dentro de paquetes de software CFD comerciales existen varios modelos con numerosos coeficientes de ajuste que en general no están lo suficientemente calibrados. Se estudia en este trabajo la calibración de estos coeficientes en dos modelos turbulentos con el objeto de ajustar mejor los valores de la frecuencia de desprendimiento de vórtices en un perfil Donaldson usando CFD. Se compararon los resultados obtenidos contra los resultados experimentales medidos en un túnel hidráulico y los resultados numéricos obtenidos en un trabajo previo, en el que se estudió el efecto de la capa límite en el desprendimiento de vórtices de un perfil de este tipo con varios modelos turbulentos donde se usaron los valores por defecto de los coeficientes de ajuste.