Aplicación de la dinámica de fluidos computacional a la acción del oleaje sobre estructuras . Application of computational fluid dynamics to wave action on structures

Abstract

El diseño de estructuras costeras se fundamenta tradicionalmente en dos pilares: formulaciones semiempíricas y modelado físico a escala reducida. El modelado numérico, introducido recientemente en este campo, puede ayudar en el proceso de diseño, como una herramienta avanzada complementaria a las técnicas nombradas. En esta tesis se presenta IHFOAM, un modelo numérico tridimensional nuevo para la simulación de procesos de transformación del oleaje y de interacción con las estructuras. Para ello se detalla el proceso de desarrollo de todos los elementos que permiten la aplicación en este campo. Las características distintivas de este modelo son: generación y absorción activas del oleaje funcionando en los contornos, flujo en el interior de medios porosos y mallado dinámico. Asimismo, se pone especial énfasis en la validación del modelo para un gran número de procesos físicos relevantes, así como en el desarrollo de una metodología híbrida que permita su aplicación en el proceso de diseño. Finalmente, se demuestran las capacidades del modelo con una simulación de una estructura real a escala de prototipo: el dique exterior del Puerto de Laredo (Cantabria).

The design of coastal structures has been traditionally addressed by means of semiempirical formulations and small-scale physical modelling. Numerical modelling has been recently introduced in this field and can assist in the design process as an advanced tool, complementary to the mentioned techniques. In this thesis, IHFOAM is presented as a new three-dimensional numerical model to simulate wave transformation and wave-structure interaction processes. In order to do so, the full development details for the modules that enable the simulation of these applications are given. The distinctive features of the model are: wave generation and active wave absorption at the boundaries, flow inside porous media and dynamic meshing. Moreover, especial emphasis is given to the validation process, involving a large number of physical processes and, furthermore, in developing a hybrid methodology to design real structures with the model. Finally, IHFOAM capabilities are demonstrated with a simulation of a real structure at prototype scale: the exterior breakwater at the Port of Laredo (Spain).