Análisis del efecto del espesor de la capa límite sobre sensores de velocidad en el submarino DARPA Suboff-5470 usando OpenFOAM

Abstract

La flota ecuatoriana cuenta con dos submarinos que utilizan sensores de velocidad electromagnéticos para la estimación de su posición cuando operan sumergidos en el mar. La precisión de estos dispositivos condiciona la seguridad de las operaciones en mar y dependen de su calibración mediante pruebas de mar, lo cual demanda tiempo y dinero. En este trabajo se explora la factibilidad de cuantificación del efecto de la capa límite sobre los sensores de velocidad mediante simulaciones CFD usando OpenFOAM en el modelo de submarino DARPA SUBOFF-5470, como una propuesta para disminuir los costos de estudios. Se ejecutaron simulaciones numéricas en el Cluster HPC-MODEMAT de la EPN e incluyeron el uso de funciones cercanas de pared implementando el modelo Low Reynolds-number. Siguiendo recomendaciones de la ITTC se validó la condición del número de Froude 0.47 y una profundidad de H/D: 5.4 con una malla de 1’455,715 millones de elementos, obteniendo una incertidumbre de validación 4.35%. Se evaluó el efecto de la capa límite sobre las paredes sólidas del submarino al 14% y 19% de la eslora utilizando dos condiciones adicionales de navegación a los números de Froude 0.13 y 0.31 a la misma profundidad. Se determinó numéricamente que el número de Reynolds no afecta significativamente la distribución del coeficiente de presión en la superficie del submarino. Finalmente, las predicciones numéricas de la distribución de velocidades dentro de la capa límite generaron resultados cercanos a los experimentales realizados en túneles de viento, obteniendo un espesor de capa límite del 2% del radio máximo.