Simulación numérica de un flujo desprendido sobre una rampa redondeada

Abstract

This Master’s Thesis presents a numerical study of flow separation over two-dimensional ramp configurations, focusing on the influence of geometry on the onset and development of separated flows. Two representative geometries are analyzed: a sharp-edged ramp and a smoothly rounded ramp, in order to assess the effect of edge curvature on the location of the separation point, the formation of recirculation bubbles, and the dynamics of reattachment downstream. The simulations are carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques with the finite element method implemented in FreeFem++, under laminar and incompressible flow conditions. Parametric studies are performed by varying the ramp angle, the Reynolds number, and the rounding radius, allowing for a systematic characterization of their impact on key separation parameters such as the separation position, separation angle, reattachment length, and critical velocity. The results demonstrate that the ramp geometry plays a decisive role in flow separation. Sharp-edged ramps promote early detachment with strong sensitivity to the Reynolds number, while rounded ramps act as an effective passive control mechanism, delaying separation and stabilizing reattachment, especially at higher inclination angles. These findings provide useful insights into the physical mechanisms that govern separated flows and highlight the relevance of geometric design in applications where flow control and drag reduction are critical.

Este Trabajo Fin de Máster presenta un estudio numérico de la separación de flujo sobre configuraciones de rampas bidimensionales, centrándose en la influencia de la geometría en el inicio y desarrollo de los flujos separados. Se analizan dos geometrías representativas: una rampa con arista viva y otra con borde suavemente redondeado, con el fin de evaluar el efecto de la curvatura en la localización del punto de separación, la formación de burbujas de recirculación y la dinámica de la re-adhesión aguas abajo. Las simulaciones se realizan mediante técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) con el método de elementos finitos implementado en FreeFem++, bajo condiciones de flujo laminar e incompresible. Se llevan a cabo estudios paramétricos variando el ángulo de la rampa, el número de Reynolds y el radio de redondeo, lo que permite una caracterización sistemática de su impacto en parámetros clave de la separación, como la posición de separación, el ángulo de desprendimiento, la longitud de re-adhesión y la velocidad crítica. Los resultados demuestran que la geometría de la rampa desempeña un papel decisivo en la separación del flujo. Las rampas con arista viva favorecen un desprendimiento temprano con gran sensibilidad al número de Reynolds, mientras que las rampas redondeadas actúan como un mecanismo de control pasivo eficaz, retrasando la separación y estabilizando la re-adhesión, especialmente a altos ángulos de inclinación. Estos hallazgos aportan información valiosa sobre los mecanismos físicos que gobiernan los flujos separados y destacan la relevancia del diseño geométrico en aplicaciones donde el control del flujo y la reducción del arrastre son factores críticos.