Método numérico de generación sintética de flujo turbulento de capa límite atmosférica en cálculos CFD con modelos de turbulencia tipo LES

Résumé

La edificación en altura en la actualidad está viviendo profundos y acelerados cambios que afectan no sólo a la altura máxima alcanzada sino a su propia configuración formal con edificaciones cada vez más esbeltas y geometrías más complejas. En los últimos 50 años el número de edificaciones en altura ha experimentado un crecimiento exponencial duplicando su altura máxima alcanzada y pasando de sencillas geometrías simples a modo de prismas rectos a complejas configuraciones con torsiones, alabeos e inclinaciones. Por otra parte el análisis aerodinámico y aeroelástico a partir de modelos numérico tipo CFD (Computer Fluids Dynamics), implantado ya hace años en campos como el de la ingeniería aeronáutica, automovilística e industrial, permite ahora abordar su implantación en el campo de la edificación en altura gracias al desarrollo de nuevos modelos numéricos de turbulencia y el crecimiento exponencial de la capacidad de cálculo. Este tipo de herramientas, respecto a los tradicionales laboratorios de túneles de viento, mejoran la capacidad de análisis permitiendo entre otros y a menor coste; analizar mayor número de variables fluidodinámicas, obtener resultados en cualquier punto del dominio de simulación y en cualquier instante de tiempo, mayor flexibilidad frente a eventuales modificaciones del modelo e integrar cálculos multifísicos. Aerodinámica y aeroelasticidad han sido campos de conocimiento tradicionalmente propios de la ingeniería aeronáutica, donde tienen especial relevancia en la estabilidad y respuesta estructural de aeronaves. Con posterioridad, y basados en técnicas relacionados con ensayos de modelos a escala en túnel de viento, la ingeniería civil y la edificación en altura incorporan la aerodinámica y aeroelasticidad en el diseño de este tipo de construcciones. La evolución que en los últimos años ha vivido la edificación en altura y los nuevos retos que esta plantea, obligan hoy al arquitecto a incorporar nuevos y actualizados conocimientos y herramientas relacionados con el comportamiento aerodinámico y aeroelástico de esta tipología edificatoria, que le ayuden a abordar con seguridad y rigor el proyecto desde sus fases más conceptuales. El análisis aerodinámico a partir de modelos numéricos tipo CFD, ya implantado en la ingeniería aeronáutica, automovilística e industrial todavía no ha terminado de implantarse en el ámbito de la ingeniería civil ni la edificación en altura. El presente trabajo aborda el análisis aerodinámico de la edificación en altura a partir de modelos numéricos basados en cálculos tipo CFD, avanzando en el desarrollo de aplicaciones que permitan incorporar este tipo de herramientas en los procesos de análisis y diseño de esta tipología edificatoria. El presente trabajo avanza en el análisis aerodinámico de la edificación en altura presentando un método numérico de generación de flujo turbulento y aleatorio de capa límite atmosférica no homogéneo y anisotrópico con correlación espacial y temporal en el campo de la dinámica de fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD) para modelos de turbulencia tipo LES (Large Eddy Simulation) comprobando su validez para la obtención de coeficientes medios de presión en edificaciones en altura.