Water tunnel design, construction and comissioning

Abstract

This document covers the study, design and construction of a low cost Water Tunnel to perform practical studies and lab work at EETAC (UPC Castelldefels). This project has been divided in three principal phases: Study, Design and Construction. In the first phase of the project, a theoretical study regarding the fluid dynamics of water tunnels has been done. This study is essential in order to get an optimal design of the Water Tunnel and also fulfil the initial design requirements. The main design requirements are to achieve a homogeneous velocity at the test region and the capacity to work with Reynolds numbers comprised between 500 and 1000. Once these requirements were established, the design phase started. SolidWorks was used to create the design. Once the design was created, it needs to be validated. For this purpose, three different simulations were performed in order to validate the design with a Computational Fluid Dynamics (CFD) software. The chosen software was ANSYS. The objective of the first simulation was to validate the property of symmetry inside the Water Tunnel. The symmetry inside the Water Tunnel was proved and a second simulation with half the control volume and a finer mesh was realized. Finally, in order to prove the mesh convergence, one last simulation was done. All these simulations proved that the Water Tunnel design fulfilled all the initial design requirements. The construction procedure begun once the design was validated. This last phase is still ongoing; the tunnel is being built by Metalvent S.A company. This Water Tunnel has been designed with the objective of reducing costs when compared it with other water tunnels build globally. Also, the size of the Water Tunnel is also minimized so it can be a part of the laboratory equipment in EETAC. This Water Tunnel will be an interesting contribution to the University equipment, and thanks to it, other projects will be done, from implementing new systems that improve the Water tunnel to experiments that uses the Water Tunnel as the main tool.

Aquest document recull l’estudi, disseny i construcci ó d’un Túnel d’Aigua de baix cost per tal de realitzar experiments de car` acter acadèmic a l’EETAC (UPC Castelldefels). El projecte s’ha dividit en tres fases principals: Estudi, Disseny i Construcci´ o. En la primera fase, s’ha realitzat un estudi te ` oric de la din àmica de fluids aplicada als t únels d’aigua. Aquest estudi ha estat vital a l’hora d’aconseguir un disseny del Túnel d’Aigua òptim i que compleixi els requeriments de disseny necessaris, entre ells, una velocitat homogènia en la regi ó de test, i la capacitat de treballar amb nombres de Reynolds compresos entre 500 i 1000. Un cop definits els requeriments de disseny, es va procedir a realitzar el disseny per ordinador. Per tal de dur a terme el disseny es va utilitzar l’eina de software SolidWorks. Així doncs un cop creat el disseny, es varen realitzar tres simulacions diferents per tal de validar el disseny amb un software de Computational Fluid Dynamics (CFD). El software escollit va ser l’ANSYS. L’objectiu de la primera simulaci ó fou validar la propietat de simetria en el Túnel d’Aigua. Un cop demostrada la simetria en el Túnel d’Aigua es va realitzar una segona simulaci ó amb el volum de control partit entre dos i una malla més fina comparada amb l’anterior simulaci ´ o. Finalment, l’ ´ ultima simulaci ó es va realitzar per tal de veure la convergència de la malla. Totes aquestes simulacions van demostrar que el disseny complia amb tots els requeriments inicialment proposats. Un cop validat el disseny, es va comenc¸ar el procés de construcci ´ o. Actualment, l’empresa Metalvent S.A, s’encarrega de dur a terme la construcci ó del Túnel d’Aigua i es preveu la seva finalitzaci ó ben aviat. En aquest treball Final de Grau s’ha aconseguit el principal objectiu de dissenyar un Túnel d’Aigua de baix cost de construcci ó en comparaci ó amb d’altres constru¨ıts a escala mundial. Així doncs, s’ha redu¨ıt l’envergadura habitual per aquests t únels per tal que pugui formar part de l’equipament als laboratoris de l’EETAC. Aquest Túnel d’Aigua serà una gran aportaci ó a l’equipament de la Universitat i serà la base d’altres treballs, des d’implementacions de nous sistemes que millorin el Túnel d’Aigua fins a experimentacions que l’utilitzin com a eina principal.