Estudio del flujo sobre un perfil alar

El presente trabajo abarca la realización de medidas experimentales sobre el perfil de ala NACA 0015 provisto con el túnel de viento subsónico Armfield C15-10 adquirido por el departamento de mecánica de fluidos de la ETSIDI (Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial) de la Universidad Politécnica de Madrid y la simulación del flujo utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD). Los valores de número de Reynolds para los casos ensayados y simulados se encuentran en el rango Re<105 donde las velocidades alcanzadas implican incompresibilidad del fluido y la necesidad de tomar en consideración los fenómenos de transición laminar-turbulenta sobre la capa límite en el perfil. En la campaña de medida se han tomado datos de sustentación y arrastre a los números de Reynolds objetivo de 4.3·104, 6.3·104, 8.3·104 y 105. Previamente a la toma de datos, se ha realizado la calibración de la balanza que mide las fuerzas de sustentación. Para dicha calibración fue necesaria la caracterización del funcionamiento de la balanza a través de un sistema isostático permitiendo hallar las relaciones entre las fuerzas aplicadas. Además, derivado de la caracterización, se ha determinado el efecto que tiene sobre la medida, la variación del punto de aplicación de la fuerza equivalente sobre el cuerpo estudiado en el túnel. La simulación se ha abordado mediante la utilización del programa basado en el método de volumen finito, Ansys Fluent 2020 R2 que se encuentra disponible en el paquete gratuito para estudiantes Ansys Student 2020 R2 y es posible descargarlo desde la página web del desarrollador. Para poder simular adecuadamente los fenómenos esperados, se ha optado por la utilización de un modelo de turbulencia RANS de 4 ecuaciones Transition SST el cual se ha utilizado en forma transitoria. Este modelo logra capturar el fenómeno de transición de la capa límite del perfil a través de la transición por separación que suele ser común en este rango de números de Reynolds. El proceso de simulación inicia desde la obtención de la geometría mediante la utilización de la ecuación de definición del perfil y la definición del dominio utilizado tipo “C”. Se continua con la aplicación de un mallado estructurado sobre el dominio fluido, se detalla sobre la resolución necesaria en la zona de la capa límite, los parámetros de calidad del mallado, se realiza un estudio de independencia de mallado (discretización espacial) y un estudio de independencia de la discretización temporal (salto de tiempo). Se describen los parámetros utilizados en el modelo, propiedades del fluido, métodos de discretización espacial y temporal y las condiciones de convergencia. Finalmente, una vez obtenidas las soluciones a los números de Reynolds objetivo, estas fueron sometidas a un proceso de verificación donde se observaron cualitativamente las características del campo de variables conseguido y luego, la validación mediante la comparativa con los datos experimentales internos y los recuperados de referencias externas. Este trabajo se suma en el objetivo del ODS 7 de energía asequible y no contaminante, en concreto, la meta 7.a de fomentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos contaminantes de combustibles fósiles, y promover la inversión en infraestructura energética y tecnologías limpias. ---ABSTRACT--- The present work consists of the experimental measurements made on the NACA 0015 wing profile provided with the Armfield C15-10 subsonic wind tunnel acquired by the department of fluid mechanics of the ETSIDI (Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial) of the Universidad Politécnica de Madrid and the simulation of the flow using computational fluid dynamics (CFD). The Reynolds number values for the tested and simulated cases are in the range Re