Vibración inducida por vórtices
En dinámica de fluidos , las vibraciones inducidas por vórtices ( VIV ) son movimientos inducidos en cuerpos que interactúan con un flujo de fluido externo , producidos por, o el movimiento que produce, irregularidades periódicas en este flujo.
Un ejemplo clásico es el VIV de un cilindro submarino. Se puede ver cómo sucede esto poniendo un cilindro en el agua (una piscina o incluso un balde) y moviéndolo a través del agua en una dirección perpendicular a su eje. Dado que los fluidos reales siempre presentan algo de viscosidad , el flujo alrededor del cilindro se ralentizará mientras esté en contacto con su superficie, formando la llamada capa límite . En algún momento, sin embargo, esa capa puede separarse del cuerpo debido a su excesiva curvatura. Luego se forma un vórtice , cambiando la distribución de la presión a lo largo de la superficie. Cuando el vórtice no se forma simétricamente alrededor del cuerpo (con respecto a su plano medio), diferentes fuerzas de elevaciónse desarrollan en cada lado del cuerpo, lo que lleva a un movimiento transversal al flujo. Este movimiento cambia la naturaleza de la formación del vórtice de tal manera que conduce a una amplitud de movimiento limitada (de manera diferente a lo que se esperaría en un caso típico de resonancia ). Este proceso luego se repite hasta que el caudal cambia sustancialmente.
VIV se manifiesta en muchas ramas diferentes de la ingeniería, desde cables hasta matrices de tubos de intercambiadores de calor . También es una consideración importante en el diseño de estructuras oceánicas. Por lo tanto, el estudio de VIV es parte de muchas disciplinas, incorporando mecánica de fluidos , mecánica estructural , vibraciones , dinámica de fluidos computacional (CFD), acústica , estadística y materiales inteligentes .
Ocurren en muchas situaciones de ingeniería, como puentes, chimeneas, líneas de transmisión, superficies de control de aeronaves, estructuras marinas, termopozos, motores, intercambiadores de calor, cables marinos, cables remolcados, elevadores de perforación y producción en la producción de petróleo, cables de amarre, estructuras amarradas, estructuras atadas, cascos de flotabilidad y largueros, tuberías, tendido de cables, elementos de estructuras encamisadas y otras aplicaciones hidrodinámicas e hidroacústicas. [2] El interés más reciente en elementos cilíndricos largos [3] en el agua se deriva del desarrollo de recursos de hidrocarburos en profundidades de 1000 mo más. Ver también [4] y. [5]
La vibración inducida por vórtices (VIV) es una fuente importante de daño por fatiga de los elevadores de producción, exportación y perforación de exploración petrolera en alta mar , incluidos los elevadores de catenaria de acero (SCR) y los tendones o ataduras de la plataforma de patas de tensión (TLP). Estas estructuras delgadas experimentan tanto el flujo de corriente como los movimientos de los vasos en el extremo superior, que dan lugar a los movimientos relativos de la estructura de flujo y causan VIV.
Uno de los problemas clásicos de flujo abierto en la mecánica de fluidos se refiere al flujo alrededor de un cilindro circular, o más generalmente, un cuerpo empinado . Con números de Reynolds muy bajos (basados en el diámetro del miembro circular), las líneas de corriente del flujo resultante son perfectamente simétricas como se esperaba de la teoría del potencial. Sin embargo, a medida que aumenta el número de Reynolds, el flujo se vuelve asimétrico y se produce la llamada calle vórtice de Kármán . El movimiento del cilindro así generado debido al desprendimiento de vórtices puede aprovecharse para generar energía eléctrica. [6]
