Solución numérica de las oscilaciones forzadas de un cilindro circular excitado transversalmente

Resumen

En este trabajo se presenta un procedimiento numérico para estudiar el flujo viscoso, incompresible y bidimensional en torno de un cilindro circular forzado a oscilar, en  movimiento cíclico predefinido, en la dirección transversal al flujo.  La solución del campo de flujo se obtiene por el método de los elementos finitos, usando el esquema de estabilización conocido como “Streamline Upwinding Petrov/Galerkin” para discretizar espacialmente las ecuaciones de Navier-Stokes, mientras que para avanzar en el tiempo se usa el método de corrección de velocidad. Las ecuaciones de Navier-Stokes se expresan en variables primitivas en un marco de referencia lagrangiano-euleriano arbitrario (LEA), con el propósito de considerar el movimiento del cuerpo sobre el campo de fluido. Se estudian diferentes valores de amplitudes y frecuencias de oscilación, utilizando números de Reynolds en el intervalo de 100 a 300, con la finalidad de obtener los límites del rango de sincronización de las vibraciones inducidas por los vórtices.  Adicionalmente, se estudia el efecto de la oscilación del cuerpo  sobre la geometría de la estela de vórtices y los coeficientes de fuerza.  Los resultados numéricos obtenidos son comparados con la data disponible en la literatura encontrándose buena concordancia entre ellos.