Estudio numérico de cavitación no-estacionaria en un perfil hidrodinámico

Abstract

Representar numéricamente los cambios de fase implícitos en procesos de cavitación, con las correspondientes transferencias de masa entre fase vapor y fase líquido constituye un desafío importante, que se incrementa cuando el flujo alcanza un régimen turbulento. En este caso el acoplamiento de los modelos de turbulencia y de cavitación, con los utilizados para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes, han probado generar dificultades para alcanzar la convergencia de las soluciones, en particular a altos ángulos de ataque. El presente trabajo detalla el estudio realizado mediante simulaciones numéricas bidimensionales sobre un perfil hidrodinámico Clark-Y, mediante el uso del software ANSYS 18.0, reproduciendo ensayos reportados en la bibliografía, con el objetivo de determinar la variación de coeficientes de sustentación y arrastre, y estudiar la evolución e inestabilidad del efecto de cavitación. Tanto los ensayos como las simulaciones numéricas fueron realizados para un nro. de Reynolds constante, de 8.3e5, variando el número de cavitación entre 0.5 y 4, y el ángulo de ataque del perfil entre 2 y 10 grados. Los resultados obtenidos con el modelo de cavitación de Schnerr y Sauer y un modelo de turbulencia k-epsilon Realizable muestran una excelente concordancia con los valores experimentales para pequeños ángulos de ataque, reproduciendo correctamente los coeficientes de sustentación y resistencia, así como el número de cavitación en que este efecto comienza a manifestarse. Sin embargo, a ángulos de ataque mayores, junto con la dificultad para lograr la convergencia de la solución, crece el error en la misma. Por ello se está trabajando actualmente en simulaciones con el modelo de turbulencia k-omega SST, que, si bien demanda mayores recursos computacionales al no utilizar “funciones de pared” y requerir por lo tanto una discretización fina de la capa límite, suele ser más adecuado para la simulación de flujos desprendidos.