El decaimiento de flujos en rotación con fondo rugoso
En este trabajo se analiza el decaimiento de un fluido homogéneo en rotación con fondo rugoso por medio de experimentos de laboratorio y de simulaciones numéricas en dos dimensiones. Esencialmente, dicho decaimiento se debe a los efectos viscosos producidos por las condiciones de frontera en las par...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2004 |
| País: | México |
| Institución: | Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada |
| Repositorio: | Repositorio Institucional CICESE |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:cicese.repositorioinstitucional.mx:1007/3892 |
| Acceso en línea: | http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3892 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | info:eu-repo/classification/Autor/Vórtice, Capa límite, Capa de Ekman, Fondo rugoso, Número de Reynolds. info:eu-repo/classification/Autor/Vórtices, Ekman layer, spin-up, Variabel topography, Reynolds number. info:eu-repo/classification/cti/1 info:eu-repo/classification/cti/25 info:eu-repo/classification/cti/2510 info:eu-repo/classification/cti/251007 |
| Sumario: | En este trabajo se analiza el decaimiento de un fluido homogéneo en rotación con fondo rugoso por medio de experimentos de laboratorio y de simulaciones numéricas en dos dimensiones. Esencialmente, dicho decaimiento se debe a los efectos viscosos producidos por las condiciones de frontera en las paredes del tanque y en el fondo del mismo. De particular interés en este estudio son los efectos producidos por la capa límite (capa de Ekman) de un fondo rugoso, los cuales se analizaron mediante dos tipos de experimentos. En primer lugar, se estudió el movimiento de un fluido inicialmente en reposo, el cual se pone a girar con una rapidez predeterminada hasta alcanzar una rotación de cuerpo sólido (proceso de ajuste conocido como spin-up). En comparación con el caso de un fondo plano, se encontró que el tiempo de ajuste es reducido cuando el fondo es rugoso. Se propone que este mayor decaimiento se debe a que la capa de Ekman sobre el fondo rugoso es turbulenta durante la primera etapa del ajuste, en la que el número de Reynolds es grande [orden 0(105). Se realizaron simulaciones numéricas de casos similares utilizando números de Reynolds menores, las cuales mostraron que el campo de vorticidad en las etapas finales del ajuste se alinea con los contornos de la topografía. En segundo lugar, se realizaron experimentos y simulaciones del decaimiento de un remolino circular inestable, el cual se transforma en una estructura tripolar bien conocida en la literatura. Los resultados muestran que en este caso el fondo rugoso afecta sensiblemente su estructura al adquirir la forma de las variaciones topográficas conforme se disipa. Además, cuando la longitud de onda de las variaciones topográficas son comparables al diámetro del remolino inicial, éste se deforma y puede llegar a dividirse en dos partes. La evolución del tripolo es cualitativamente bien representada mediante simulaciones numéricas en dos dimensiones con topografía variable. Las simulaciones confirman que conforme el vórtice se disipa el flujo tiende a alinearse con los contornos topográficos, predominando las regiones con vorticidad ciclónica sobre los valles y anticiclónica sobre las crestas. |
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