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High fidelity CFD models comparison to potential flow method in the simulation of full scale floating platform under free decay tests
(Elsevier, 2025-05-01) Gil Liberal, Miguel; Armañanzas Goñi, Javier; Torres Salcedo, Alexia; Fuertes Bonel, Juan Pablo; Campaña, Guillén; Méndez López, Beatriz; León Iriarte, Javier; Ingeniería; Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
The use of simulation models based on potential flow is widespread in the wind industry for the simulation of floating wind turbines. However, these analytical models have shortcomings in correctly representing the behavior of Floating Offshore Wind Turbines (FOWTs) under extreme wind and wave conditions. High fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations aim to develop models where the fluid-structure interaction is more accurately modeled, allowing to correctly predict the behavior of wind turbines and thus to redesign structural components and save costs. In this paper, two different CFD simulation models are developed and compared, including different turbulence models (Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) and Large Eddy Simulation (LES)), numerical methodologies (Navier-Stokes and Lattice-Boltzmann method) and mooring models (Quasi-Static and Dynamic). Different free decay Load Cases (LC) are performed in XFlow and OpenFOAM, and the damping ratio and natural period of the system are analyzed with different mooring arrangements (Multi-Point Mooring (MPM) and Single-Point Mooring (SPM)), comparing all results with respect to a potential flow model (HydroDyn). A maximum error of 3.3 % in natural period and 1.6 % error in damping factor is obtained, small enough to validate the results of CFD models. Vorticity is also analyzed to understand the differences between both CFD models. Finally, the stress of the mooring lines is computed, which allows validating the mooring system model implemented in XFlow by means of external functions.
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Design and experimentation of a hydrokinetic turbine for electricity generation in closed pipes
(World Scientific and Engineering Academy and Society, 2024) Armañanzas Goñi, Javier; Alcalá, Marina; Fuertes Bonel, Juan Pablo; León Iriarte, Javier; Torres Salcedo, Alexia; Gil Liberal, Miguel; Ingeniería; Ingeniaritza
In the present research work, a device for electrical energy generation to be used in water pipelines has been designed, simulated, and tested. To achieve this, a study of the most influential parameters involved in the experiment has been carried out and both, the turbine model and the geometry of the experimental test pipe, have been selected through CFD simulations. Next, the Design of Experiments (DOE) has been used to obtain the configuration with a higher energy extraction from running water. Finally, the turbine and the test pipe section have been manufactured by 3D printing and the experimental tests have been carried out with the optimal configuration to validate the results obtained in the CFD simulations. To simulate the exchange of energy between the water and the turbine, the CFD software SIMULIA XFlow has been used.
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Modelización y estudio experimental y mediante CFD de un ventilador para alumnos de Grado en Ingeniería Mecánica y de Tecnologías Industriales
(Dykinson, 2021) Fuertes Bonel, Juan Pablo; Torres Salcedo, Alexia; Rivero Fuente, Pedro J.; Armañanzas Goñi, Javier; Ingeniería; Ingeniaritza; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2
El trabajo planteado en esta comunicación tiene como principales objetivos por un lado, el conocimiento del funcionamiento un ventilador y por el otro, el empleo de softwares propios del diseño (CAD) y de la Mecánica de Fluidos (CFD). Con esto, se busca que el alumno amplíe y afiance sus conocimientos de una máquina fluidomecánica vista en el aula y también, que aprecie la importancia que tiene en ingeniería el trabajo multidisciplinar. Se ha escogido un ventilador, ya que por un lado, su modelización en CAD es más sencilla frente a otras máquinas hidráulicas, como puede ser una bomba centrífuga, y por el otro, porque dentro de las asignaturas de los distintos grados, el estudio del ventilador se realiza en menor profundidad, que el de las máquinas hidráulicas. El trabajo del alumno consta de tres partes diferenciadas: experimentación, diseño y simulación mediante CFD. En la experimentación, el objetivo es que el alumnado pueda manipular un ventilador en el laboratorio contrastando lo visto en teoría con la realidad, y que mediante una toma de datos establecida previamente, se familiarice con su funcionamiento. El siguiente paso consiste en diseñar en CAD la máquina y de esta manera, que puedan poner en práctica lo aprendido en asignaturas anteriores, en cuanto a diseño en CAD se refiere. Por último, y como complemento a las clases sobre CFD, que se imparten en la asignatura donde está programado este trabajo, se pide que el alumnado sea capaz de simular el funcionamiento del ventilador experimentado.
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CES EduPack: una herramienta informática para motivar e inspirar el conocimiento de las aleaciones metálicas en alumnos de Ingeniería
(Dykinson, 2021) Armañanzas Goñi, Javier; Torres Salcedo, Alexia; Fuertes Bonel, Juan Pablo; Rivero Fuente, Pedro J.; Ingeniería; Ingeniaritza
La Ingeniería de los Materiales se puede definir como la rama de la Ciencia que estudia la composición y la estructura de los materiales, así como de la forma en que estos factores se relacionan con sus propiedades o su comportamiento en servicio. Debido a ello, la base de la Ingeniería de los Materiales se basa en establecer una relación directa entre la estructura (bien cristalina o amorfa) y su correspondencia con las propiedades finales de distinta índole tales como físicas, mecánicas, ópticas, químicas o térmicas. Este conocimiento resulta de gran interés por tres motivos principales. El primero es que te permite conocer las características de los materiales y te sirve de ayuda para el estudio de aplicaciones específicas. En segundo lugar, se puede conocer en mayor medida los efectos asociados a los distintos procesos de fabricación y relacionarlos con una microestructura específica. Por último, en tercer lugar, permite a un Ingeniero saber utilizar el material más adecuado en función de las condiciones de servicio en un campo de aplicación determinado.

Armañanzas Goñi, Javier

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