Experimental and numerical study of undular bore generation, propagation, and interaction with a semi-submerged vertical square cylinder

Abstract

Los macareos pueden describirse como una transición rápida entre dos profundidades de flujo y suelen estar causados por las fuerzas de las mareas, pero también pueden ser consecuencia de terremotos, deslizamientos de tierra o roturas de represas y diques. Un tipo especial de macareo es el macareo ondular, que muestra una ola inicial seguida de un tren de ondas infinito de amplitudes más pequeñas que convergen a un nivel de agua constante y que se consideran una buena descripción de las olas de los tsunamis.

En este trabajo, se estudia la respuesta dinámica de un generador tipo pistón en un tanque de olas numérico. Las ecuaciones bidimensionales de Navier-Stokes se resuelven en una configuración de flujo bifásico. La respuesta a un escalón de velocidad son ondas similares a las de un macareo ondular que se propagan a lo largo del tanque. Se implementa una estrategia de absorción activa basada en un controlador retroalimentado que acciona un pistón secundario y se logra con éxito la absorción de ondas tanto en ondas regulares como irregulares.

Luego, se llevan a cabo cinco pruebas experimentales y una simulación numérica completa en 3D para estudiar el desprendimiento de vórtices inducido por las olas alrededor de un cilindro cuadrado vertical para el caso particular del macareo ondular. El macareo ondular interactúa con el cilindro cuadrado, se forman estructuras coherentes en sus cuatro bordes que son gatilladas por el movimiento de las olas. En cuanto a los vórtices que se sitúan en la cara posterior del cilindro, son principalmente verticales, atraviesan toda la columna de agua desde la superficie libre hasta el fondo marino, y se observa el emparejamiento de los dos vórtices. Finalmente, se observa la inestabilidad de esos vórtices y se interpreta como la inestabilidad de Crow.