Antofagasta (23.4° S, 70.4° W) se encuentra ubicada en uno de los bordes de la zona de estratocúmulos (Sc) del sector Este del Anticiclón del Pacífico Sur. Esta cubierta de nubes tiene un gran efecto sobre el sistema climático, afectando el balance radiativo del planeta. Existen distintos estudios en esta zona que han caracterizado y buscado mecanismos que puedan explicar las variaciones en la Capa Límite (CL) de Antofagasta. Sin embargo, muchos de éstos estudian las variables por separado y en distintos periodos de tiempo. En este trabajo se intenta hacer un análisis más integral que relacione la variabilidad de superficie, la inversión de subsidencia y la nubosidad en la zona. Para que esta caracterización fuera lo más consistente posible, se generó una base de datos validada de radiosondeos para Antofagasta entre los años 1957 y 2008. Con esta base de datos, además de las observaciones de superficie realizadas por la Dirección Meteorológica de Chile en el aeropuerto de Cerro Moreno, se definieron parámetros que describen la CL en la zona. Se comenzó con la identificación de la inversión de subsidencia, principalmente de la base de ésta (Zb), que se consideró como el tope de la CL. Esta altura se concentra entre los 700 y 1200 metros sobre el nivel de mar (msnm). El ciclo diario de Zb es más marcado en la estación de primavera, en la cual presenta una menor altura en la tarde (00Z) en comparación a la mañana (12Z), posiblemente, debido en parte al aumento en la tarde de la divergencia del flujo zonal sobre la inversión, lo que aumentaría la subsidencia y se sumaría al descenso de gran escala. El ciclo anual de Zb mostró que las menores alturas se encuentran en invierno y primavera con promedios alrededor de 850 msnm, mientras que las mayores alturas medias se concentran en verano, con medias alrededor de 1100 msnm. La nubosidad, caracterizada a partir del techo nuboso, tiene una ocurrencia más frecuente en la primavera y durante las noches. Las variables termodinámicas promediadas en la CL muestran un pronunciado ciclo estacional caracterizado por menor temperatura potencial, mayor humedad relativa (HR) y menor razón de mezcla (q) en el periodo invierno-primavera. Luego de la caracterización general de algunos parámetros de la CL, se identificaron las diferencias entre tener noches con y sin nubes. Para las variables de superficie las principales diferencias fueron: un descenso mayor de la temperatura y por consiguiente una mayor HR en el caso de noches sin nubes, debido principalmente a un mayor enfriamiento radiativo. Como consecuencia de lo anterior, el nivel de condensación por ascenso resulta más bajo en el caso de las noches despejadas. La altura de la base de la inversión no muestra una diferencia importante bajo las dos condiciones de nubosidad nocturna en verano; no así en primavera, donde esta altura es menor en el caso de noches despejadas. Sólo en primavera la razón de mezcla con noches nubladas es prácticamente constante con la altura dentro de la CL lo que indicaría una buena mezcla. La componente zonal del viento no presenta diferencias importantes bajo los 1500 m para ambas estaciones ni condiciones nubosas. En cambio, la componente meridional del viento bajo los 1000 m presenta en primavera viento del sur más intenso en el caso despejado. En verano no se observaron cambios entre ambas condiciones nubosas. Los resultados más destacados del análisis de las series temporales son una tendencia al descenso de la base y del tope de la inversión, así como de la altura del techo nuboso, de16, 22 y 84 m/década, respectivamente. Estos resultados sugieren que el espesor de los estratocúmulos puede haber aumentado en los últimos años. Las inversiones superficiales han ido aumentando su frecuencia a lo largo del tiempo, lo que podría tener una relación con una disminución de la cobertura nubosa.

Magíster en Meteorología y Climatología / Ingeniero Civil Matemático / Se ha sugerido que el espesor óptico de aerosoles (AOD) derivado a partir de sensores a bordo de satélites puede ser un complemento a las mediciones superficiales de concentración de aerosoles en la capa límite. Se explora si esto es aplicable en el caso de Santiago de Chile, comparando el producto de AOD derivado de la señal satelital del instrumento MODerate resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) con diez años de mediciones in situ de concentraciones de material particulado parcialmente respirable (PM10) y totalmente respirable (PM2.5). Para ello, se desarrolla y aplica un modelo numérico simple de AOD en base a mediciones de concentración de material particulado en superficie, altura de capa límite y propiedades de aerosoles obtenidas de la literatura junto con la información disponible de estos parámetros para la ciudad de Santiago. El modelo captura la variabilidad estacional del AOD cuando es comparado con las observaciones obtenidas con un fotómetro solar de la red AErosol RObotic NETwork (AERONET) y también captura la variabilidad diurna en el caso de una campaña de un día. La variabilidad estacional opuesta entre la altura de la capa límite y la concentración de material particulado en superficie son las principales responsables de una estacionalidad débil del AOD simulado. Se observa una marcada estacionalidad del AOD satelital opuesta a la estacionalidad de la concentración de material particulado en superficie. Por otro lado y debido a la poca cantidad de mediciones simultáneas de AERONET y MODIS, se incluyen las simulaciones en la comparación de AOD. Se observa una considerable diferencia entre el comportamiento estacional del AOD simulado y el derivado de MODIS. En trabajos anteriores se sugiere que la presencia de nubes cirrus es la causa de la estacionalidad opuesta. En este estudio se deduce que aparentemente esta estacionalidad no se debe a la presencia de nubes cirrus. Con el uso de un modelo de reflectancia de superficie y sus parámetros derivados de MODIS, se propone que la diferencia entre la variación estacional del AOD de MODIS y aquella simulada se explica en gran parte por estimaciones inadecuadas de la reflectancia de la superficie y en menor grado por la selección inadecuada de propiedades ópticas y de proporción de fracción fina del aerosol en el algoritmo de MODIS. Se muestra que esta proposición se sustenta observacionalmente en el caso de Buenos Aires, donde se compara el AOD de MODIS con el observado por AERONET.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Fluidodinámica / Esta tesis comprende el estudio matemático de las ecuaciones de Capa Límite mediante series de Fourier. Las ecuaciones de Capa Límite son una simplificación de las ecuaciones de Navier-Stokes, el carácter elíptico de las ecuaciones de Navier-Stokes es eliminado mediante una aproximación en términos del número de Reynolds, de esta forma las ecuaciones toman un carácter parabólico lo que permite resolverlas avanzando con la integración en la dirección del flujo sin necesidad de retroceder en la integración numérica, esto lleva consigo la simplificación del algoritmo de resolución y ahorro de tiempo de cálculo. Las ecuaciones de Capa Límite fueron introducidas por primera vez por L. Prandtl en 1904 y desde entonces son ocupadas extensamente por investigadores e ingenieros, debido principalmente a su simplicidad y buenos resultados que entregan, además, por su forma simplificada respecto de las ecuaciones de Navier-Stokes, las ecuaciones de Capa Límite permiten obtener una visión conceptual clara de los fenómenos que son descritos mediante éstas ecuaciones. En muchos flujos de interés en ingeniería como por ejemplo: chorros, plumas, flujos en canales a superficie libre, transferencia de calor y masa en una placa plana, pueden ser aplicadas las ecuaciones de Capa Límite y estas entregan resultados que andan en muy buen acuerdo con los resultados obtenidos con las ecuaciones completas de Navier-Stokes. En este trabajo se resuelven problemas del tipo Capa Límite como los mencionados anteriormente, mediante el uso de Series de Fourier. De esta forma, se construyó un algoritmo en el cual las únicas variables de entrada sean los perfiles iniciales de velocidad, temperatura, concentración, etc. El método consiste esencialmente en transformar las ecuaciones de la capa límite en un set infinito de ecuaciones diferenciales ordinarias en la variable x mediante las Series de Fourier. Entonces se toma como aproximación del continuo, un número N de las ecuaciones anteriores y se resuelven por medio de los métodos estándar de resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias. El número N de ecuaciones diferenciales ordinarias consideradas es tal que la solución no difiera de la solución con N-1 ecuaciones. Esta Tesis muestra que el método propuesto es una eficiente alternativa para el estudio de las ecuaciones de Capa Límite, donde los resultados numéricos entregados por esta metodología compiten bastante bien con los métodos clásicos establecidos como diferencias finitas el método de disparo y elementos finitos. Este trabajo dio como fruto la publicación de varios artículos en revistas especializadas en transferencia de calor y matemáticas aplicadas.

En este trabajo se analizó la factibilidad de alcanzar los límites de descarga de efluentes impuestos por el DSN°90/200, a través, de la evaluación de alternativas de remoción biológica de nutrientes que permitan cumplir con los requerimientos de calidad y/o conlleven optimizar el funcionamiento de los sistemas de tratamiento de aguas servidas.

Un anillo de vorticidad es una región de fluido con forma toroidal, dentro de la cual existe vorticidad cuyo vector es tangente al círculo mayor del toro. El anillo, debido al impulso físico que lo produce, posee energía cinética que le permite auto-desplazarse en el espacio en la dirección resultante del producto cruz entre el vector radial del círculo mayor y el vector de vorticidad (tangente). El estudio de los anillos de vorticidad ha sido ampliamente documentado, realizándose investigaciones de estabilidad, transporte y mezcla. El presente trabajo cuenta con el apoyo del proyecto FONDECYT 1085020, el cual estudia el comportamiento de escalares pasivos en campos de velocidad generados por diversas estructuras. La serie de investigaciones desarrolladas en este marco, han abierto nuevas líneas de investigación, dentro de las cuales esta tesis nació del desafío de comprobar experimentalmente, la concentración de turbulencia en una región localizada del espacio, a partir de la interacción de estructuras laminares de bajo costo energético de generación. En esta investigación, se realizaron diversos montajes experimentales tendientes a estudiar la colisión de tres anillos de vorticidad en una configuración de 120° entre sus vectores de velocidad autoinducida. El primero de ellos consta de un sistema de generación triple tipo orificio, donde el campo de velocidad es medido con anemometría de hilo caliente. En una primera etapa se caracterizó un anillo individual, y luego se obtuvo el campo de velocidad durante toda la colisión a través de un barrido en el espacio. Sobre este mismo montaje, se inyectó humo como trazador en cada generador, obteniéndose imágenes CCD de un plano láser proyectado en distintos niveles de la colisión. El segundo montaje constó de un sistema de visualización tipo Shadowgraph, a través del cual se observó el proceso de transporte y mezcla de sustancias escalares, en la colisión de tres anillos de vorticidad en agua. Los experimentos realizados permitieron describir físicamente el fenómeno, gracias a los datos y observaciones cualitativas obtenidas. El campo de velocidad medido con anemometría de hilo caliente, indicó que los anillos de vorticidad tienen una trayectoria estable antes de tener contacto entre sí. Durante y posterior a la colisión, el campo de velocidad tiene pequeñas variaciones reflejadas en la dispersión de las zonas de mayor velocidad. La interacción de dipolos de vorticidad entre los anillos adyacentes, produce eyecciones de fluido observables en el aumento localizado de la velocidad y en la visualización CCD a través de humo. Por otra parte, las series temporales de velocidad permiten obtener un análisis de la densidad espectral de potencia, la cual fue calculada en distintos puntos de interés y para diferentes números de Reynolds. Las curvas de densidad espectral de potencia se desplazan hacia zonas de mayor frecuencia a medida que aumenta el número de Reynolds de los anillos colisionantes, mientras que la forma de estas curvas puede ser explicada a través de las series temporales de velocidad. Las imágenes obtenidas del sistema Shadowgraph permitieron observar con claridad el borde, el núcleo de vórtice y las líneas de flujo de cada anillo de vorticidad. Durante la colisión se observaron los acoplamientos de los dipolos de vorticidad y las eyecciones de fluido que provocan. Las zonas superior e inferior de los anillos interaccionan generando reconexión de los tubos de vorticidad. Producto de la reconexión, son generados nuevos anillos simétricos en dirección vertical, los cuales pudieron ser observados con mayor claridad al repetir el experimento con una sustancia escalar colorante. En síntesis, el trabajo describió con detalle el comportamiento de anillos de vorticidad bajo esta estructura de colisión, encontrando una interesante evolución espacial de la vorticidad y relaciones matemáticas coherentes en el ámbito energético. Para el futuro, surgen nuevas interrogantes como la colisión de más anillos de vorticidad en nuevas configuraciones, y la relación entre la trayectoria de un anillo y su gradiente de densidad con respecto al medio.

La ciudad de Santiago (33.5 ºS, 70.6 ºW) presenta una compleja geografía que deriva en especiales características de las variables de capa límite, además de la ocurrencia de eventos de alta concentración de material particulado, asociados a estas características. El desarrollo de la capa de mezcla diurna en Santiago se documenta en este estudio, usando datos de un nefobasímetro ubicado en el centro de esta ciudad, para un período de 9 meses. Para complementar el análisis se utilizan, además, datos de estaciones meteorológicas automáticas ubicadas en la cuenca de Santiago, datos de un perfilador acústico y resultados de una simulación con el modelo numérico de mesoescala MM5, hecha para un período de ocurrencia de capas de mezcla someras en la cuenca. Se aplicó un algoritmo para diagnosticar, a partir de los perfiles de reflectividad del nefobasímetro, la altura de capa de mezcla (HCM) en Santiago, el cual tiene buenos resultados durante días mayormente despejados y con una significativa concentración de partículas en el aire. Este análisis muestra que la HCM media a las 14 HL fluctúa entre los 400 m durante otoñoinvierno y los 700 m durante primavera-verano, con mayor dispersión de valores durante este último período. Se encontró una relación directa entre el balance de energía superficial y la HCM a las 14 HL, con un porcentaje de entre 20% y 40% de radiación solar incidente ocupada en el crecimiento y calentamiento de la capa de mezcla (CM) diurna, indicativo de la gran influencia que tiene el balance de energía superficial en la evolución de CM. Por otro lado, se identificaron episodios en que la advección de capa límite marina costera parece afectar de manera importante el balance de energía de la cuenca, especialmente durante primavera-verano. La estabilidad nocturna en la cuenca también es un factor importante en la evolución de CM, dando lugar en algunos casos a eventos de CM muy someras durante invierno, asociados con gran calentamiento sobre la capa límite y el consiguiente aumento de la estabilidad cerca de la superficie. Los resultados de la modelación de mesoescala reproducen de buena forma estos eventos de CM someras, aunque asociados a una disminución del flujo de calor sensible superficial y a una moderada amplitud térmica a 10 m, a diferencia de las observaciones, que sugieren que estos eventos de CM someras responden a un calentamiento del aire sobre la capa límite, un incremento importante de la estabilidad en la masa de aire de la cuenca y una amplitud térmica superficial también alta.

El presente trabajo de tesis estudia la interacción de anillos de vorticidad laminares bajo una topología tridimensional. Se realizaron distintos experimentos y simulaciones numéricas para estudiar la dinámica entre anillos y también con otros tipos de flujos. En todos los casos analizados, el fluido considerado es aire. Como primer caso, se estudió el impacto frente a frente de un anillo de vorticidad contra una placa calefactora de dimensiones comparables al anillo en vuelo libre. Se analizó el impacto de anillos contra la placa calefactora en posición tanto vertical (régimen de convección natural) como horizontal. La placa se mantuvo a temperatura constante bajo control PI y se midió la potencia eléctrica disipada durante el impacto para distintos anillos, caracterizados en términos del número de Reynolds del anillo Re (100<Re<900). La potencia disipada mostró un aumento súbito durante el impacto, cuyo valor máximo alcanzado crece al aumentar Re. Se realizó un análisis del transiente de potencia para el caso de placa vertical, el cual reveló un mecanismo dual durante el impacto, donde la dinámica al inicio es comandada principalmente por el anillo y que es responsable del aumento abrupto en la potencia disipada. Una vez que el anillo ha disipado parte de su energía, la dinámica es comandada por la capa límite generada por el calefactor. A medida que el anillo es advectado, la potencia retorna a su valor en régimen estacionario. Se estudió también la dinámica del mismo problema, utilizando un sistema de PIV estéreo. Se midió el campo de velocidad en la zona de impacto y se compararon los resultados para placa calefactora apagada y encendida. El impacto de anillos sobre la placa calefactora reveló la formación de la inestabilidad azimutal de Widnall, en términos de un patrón periódico en la componente de vorticidad normal a la placa durante el impacto. El proceso de impacto genera también altos gradientes de velocidad en las cercanías de la placa calefactora, los cuales son mayores para el caso isotermo. Aparentemente, la presencia de la capa límite generada por el calefactor amortigua el proceso de impacto. Finalmente, se estudió la interacción entre anillos de vorticidad bajo distintas configuraciones geométricas. Como primera configuración, se analizó el impacto frente a frente de dos anillos con distinta velocidad autoinducida y tamaños similares, utilizando anemometría de hilo caliente y visualizaciones de flujo. Se encontró un descenso abrupto de la energía cinética durante el impacto de anillos, el cual se hace más pronunciado cuando las velocidades autoinducidas son similares. Visualizaciones de flujo mostraron que el anillo más energético es capaz de deformar al menos energético durante el impacto, el cual aumenta su díametro drásticamente mientras el anillo más energético atreviesa por el centro. Posteriormente, ambos anillos siguen sus trayectorias originales, con velocidades autoinducidas menores como consecuencia del impacto. Se realizaron simulaciones numéricas de este problema utilizando el software CFD comercial Fluent. En términos generales, se obtuvo la misma dinámica encontrada en los experimentos previos. Una vez validada la metodología numérica, se simuló el impacto del tres anillos de iguales características, con sus ejes de simetría a 120° entre sí. El impacto de tres anillos bajo esta configuración mostró también un descenso abrupto de la energía cinética. Las simulaciones realizadas también revelaron reconexión de los tubos de vorticidad de los tres anillos, formando dos nuevos anillos que salen eyectados desde la zona de interacción.

[ES] En el presente trabajo se explora posibles soluciones a dos hechos correlacionados que podrían comprometer hasta cierto punto nuestro futuro. Por un lado, el crecimiento de la flota de aeronaves pequeñas en los próximos años, ya sean tripuladas o no, es una realidad. El acceso a estas aeronaves por parte de un público cada vez más mayoritario crece año a año y, al mismo tiempo, los fabricantes adaptan sus aeronaves a misiones que hace unos años no éramos capaces de contemplar. Por otro lado, y por desgracia, el cambio climático también es una realidad que no solo compromete nuestro futuro, sino también nuestro presente. Hoy en día la alerta climática es y debe ser elevada, y si no encontramos soluciones que ayuden a paliar este problema, la vida en el planeta podría cambiar irremediablemente para peor. Ambos hechos se encuentran implícitamente relacionados. La fabricación y operación de vehículos contribuye notablemente a aumentar la huella de carbono. Por lo tanto, el aumento de flota en los próximos años puede tener un impacto notablemente negativo en las emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero globales. Es por ello por lo que organismos oficiales y sectores de desarrollo científico y tecnológico impulsan la investigación de posibles soluciones. Este trabajo intenta poner su grano de arena para minimizar este problema común. Se propone la utilización de múltiples tecnologías con el objetivo de disminuir el combustible requerido por aeronaves de 25kg al despegue, y de esta forma, disminuir las emisiones asociadas a su operación. Las tecnologías aplicadas son la hibridación eléctrica en serie, la propulsión eléctrica distribuida y la ingestión de capa límite. Por separado, estas tecnologías han demostrado múltiples ventajas, especialmente en términos de mejora propulsiva y aerodinámica de las aeronaves, lo que repercute directamente en el consumo de combustible. Sin embargo, este trabajo propone la utilización simultánea de todas ellas con el objetivo de disminuir aún más el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero. Para ello, tras estas páginas se eligen los parámetros principales de esta aeronave y se acompaña de un exhaustivo análisis del comportamiento fluidodinámico. Con la comprensión de su comportamiento, es posible optimizar la selección de sus componentes, de forma que se obtienen mejoras importantes en el consumo de combustible. Este ahorro de combustible se muestra en comparación con aeronaves similares en tamaño y peso, pero que no incluyen estas tecnologías, logrando para un mismo alcance un ahorro del 16% del peso del combustible. La realización de este trabajo se centra en el empleo de herramientas computacionales apoyándose sobre todo en la dinámica de fluidos computacional (CFD). Esta herramienta principal se verá complementada con el uso de descomposición modal para realizar los análisis y de la creación de una base de datos que ayude a crear modelos rápidos útiles en futuros diseños preliminares y conceptuales de aeronaves de este tipo. / [CA] En aquest treball s'exploren possibles solucions a dos fets correlacionats que podrien comprometre d'alguna manera el nostre futur. Per un costat, el creixement de la flota d'aeronaus de xicoteta dimensió en el futur, tant tripulades com no tripulades, és una realitat. L'accés a aquestes aeronaus per part d'un públic cada cop més majoritari creix any rere any i, al mateix temps, els fabricants adapten les aeronaus a feines que anys enrere no eren capaços d'assolir. Per l'altre costat, malauradament, el canvi climàtic és un fet que compromet tant el nostre futur com el nostre present. Hui en dia l'alerta climàtica és elevada i, si no trobem solucions per a pal·liar aquest problema la vida al nostre planeta, podria canviar irremeiablement a pitjor. Ambdós fets es troben implícitament relacionats. La fabricació i l'operació de vehicles contribueix notablement a augmentar l'empremta de carboni. Per tant, l'increment de flota en els pròxims anys pot tindre un efecte negatiu molt notable en les emissions contaminants i gasos d'efecte hivernacle globals. És per això que organismes oficials i sectors de desenvolupament científic i tecnològic impulsen la investigació de possibles solucions. Aquest treball intenta aportar el seu granet de sorra per minimitzar aquest problema comú. Es proposa la utilització de múltiples tecnologies amb l'objectiu de reduir el combustible emprat per aeronaus de fins a 25kg i, per tant, disminuir les emissions associades a la seua operació. Les tecnologies aplicades són la hibridació elèctrica en sèrie, la propulsió elèctrica distribuïda i la ingestió de capa límit. Separadament, aquestes tecnologies han demostrat múltiples avantatges, especialment en termes de millora propulsiva i aerodinàmica de les aeronaus, repercutint directament en el consum de combustible. No obstant, aquest treball proposa la utilització simultània de totes elles amb l'objectiu de reduir encara més el consum de combustible i, per tant, les emissions contaminants i gasos d'efecte hivernacle. Per fer-ho, en les darreres pàgines es trien els paràmetres principals de l'aeronau i s'acompanyen d'una exhaustiva anàlisi del comportament de la dinàmica de fluids. Comprenent el seu comportament, és possible optimitzar la selecció dels seus components, de manera que s'obtenen millores importants en el consum de combustible. L'estalvi de combustible es mostra en comparació amb aeronaus similars en mida i pes, però que no inclouen aquestes tecnologies, aconseguint per a un mínim abast un estalvi del 16% del pes del combustible. La realització d'aquest treball es centra en l'ús d'eines computacionals recolzant-se sobretot en la dinàmica de fluids computacional (CFD). Aquesta eina principal es veurà complementada amb l'ús de descomposició modal per a elaborar les anàlisis i de la creació d'una base de dades que ajude a crear models ràpids i útils en futurs dissenys conceptuals i preliminars d'aeronaus d'aquest tipus. / [EN] The present work explores possible solutions to two correlated events that could compromise our future to some extent. On the one hand, the growth of the fleet of small aircraft in the coming years, whether manned or not, is a reality. Access to these aircraft by an increasing majority of the public grows year after year and at the same time, manufacturers adapt their aircraft to missions that we could not contemplate a few years ago. On the other hand, and unfortunately, climate change is also a reality that compromises not only our future but also our present. Today the climate alert is and must be elevated. If we do not find solutions that help alleviate this problem, life on the planet could irremediably change for the worse. Both facts are implicitly related. The manufacture and operation of vehicles contribute significantly to increasing the carbon footprint, so the increase in the fleet in the coming years may have an extremely negative impact on global polluting and greenhouse gas emissions. That is why official organizations and scientific and technological development sectors promote research for possible solutions. This work tries to do its bit to minimize this common problem. Multiple technologies are proposed to reduce the fuel required by 25kg aircraft at takeoff and, thus, reduce the emissions associated with their operation. The applied technologies are electric series hybridization, distributed electric propulsion, and boundary layer ingestion. Separately, these technologies have shown multiple advantages, especially in terms of improving aircraft propulsion and aerodynamics, which directly affects fuel consumption. Nevertheless, this work proposes the simultaneous use of all of them to reduce fuel consumption further and, therefore, polluting and greenhouse gas emissions. To do this, after these pages, the main parameters of this aircraft are chosen and accompanied by an exhaustive analysis of the fluid dynamic behavior. With an understanding of its behavior, it is possible to optimize its components' selection so that significant fuel consumption improvements are obtained. This fuel saving is shown in comparison with similar aircraft in size and weight, but that does not include these technologies, achieving a saving of 16% of fuel weight for the same range. This work's conduction focuses on employing computational tools mainly based on computational fluid dynamics (CFD). This primary tool will be complemented by the use of modal decomposition to carry out the analyses, and the creation of a database that will help create quick models useful in future conceptual and preliminary designs of this type of aircraft. / The respondent would like to acknowledge the financial support received through contract FPI-UPV PREDOCFD/19 of Subprograma 2 of Universitat Politècnica de València / Varela Martínez, P. (2023). On the Analysis and Design of Series Hybrid Distributed Electric Propulsion with Boundary Layer Ingestion of Remotely Piloted Aircraft [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192805

Ce travail porte sur les processus hydrodynamiques en zone littorale.Deux principaux thèmes sont abordés. Le premier concerne la couchelimite oscillante provoquée par l’interaction entre les vagues et le fondà l’approche des côtes. Le second traite de l’évolution de la circulationet la vorticité induite par la bathymétrie et/ou le forçage des vagues.Un modèle de couche limite turbulente a été élaboré et utilisé pourobserver l’évolution de la couche limite oscillante sous l’effet de vaguesnon-linéaires, en s’appuyant sur une modélisation physique menéedans le canal à houle du LEGI. Les profils expérimentaux de vitesseet positions du fond fixe instantanés permettent de définir l’évolutiondes non-linéarités induites par les vagues au sein de la couche limite.Le modèle numérique couplé à une modélisation du mouvement dulit mobile est capable de reproduire l’évolution de ces non-linéarités,et explique que la diffusion verticale observée expérimentalementest principalement due au mouvement vertical du lit causé induitpar les vagues. Pour l’étude de la circulation et de la vorticité enzone côtière, un modèle numérique 2D moyenné sur la verticale detype Shallow Water est validé avec les données d’une expériencemenée dans le basin à vagues du Laboratoire Hydraulique de France(ARTELIA). La formation de courants sagittaux a été forcée parun front de vagues avec un déficit d’énergie au centre du bassin. Lemodèle numérique est validé par des mesures de surface libre, devitesse, ainsi que de circulation et vorticité. En utilisant ensuitel’équation de vorticité potentielle comme outil de diagnostic, avec unforçage monochromatique on prédit un équilibre entre la générationde vorticité et son advection par l’écoulement moyen. / This work is about the hydrodynamic processes in the nearshorezone. They are of great importance to estimate the overall dynamicsof the coastal zone. This thesis is divided into two main parts; thefirst one investigates the coastal bottom boundary layer induced bythe interaction of the waves and the bottom when approaching thecoast; the second one is about the evolution of the mean circulationand vorticity induced by an inhomogeneity in the bathymetry orthe wave forcing. A turbulent boundary layer numerical model hasbeen developed and used to simulate the evolution of the oscillatingboundary layers under non-linear waves, of a flume experiment at theLaboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) inGrenoble, France. The experimental instantaneous velocity profilesand still bed positions, allow defining the non-linear velocity distributionsinduced by the waves within the boundary layer. The numericalmodel coupled with a ad-hoc modeling of the mobile bed motionis able to reproduce the vertical distribution of the non-linearities,and also indicates that the vertical diffusion observed experimentallyis mainly caused by the mobile bed motion induced by the passingwaves. A 2D depth-averaged nonlinear shallow water numericalmodel is used to study the circulation and vorticity in the nearshorezone. This model is validated on a mobile bed experiment in thewave basin of the Laboratoire Hydraulique de France (ARTELIA).The formation of rip currents is forced by a damped wave forcing inthe middle of the wave basin. The numerical model is validated withfree surface and velocity measurements, and by the circulation andvorticity. Using the potential vorticity balance as a diagnosis tooland with a monochromatic wave forcing, an equilibrium between thevorticity generation and advection is observed in the nearshore zone. / Este trabajo trata de los procesos hidrodinámicos en la zona litoral,de grande importancia para la dinámica global del flujo costero. Dostemas principales son estudiados. El primero trata de la capa límiteoscilante provocada por la interacción entre el oleaje y el fondo alacercarse a la costa. El segundo tema trata de la evolución de lacirculación y la vorticidad inducida por la batimetría y/o el oleaje.Un modelo de capa límite turbulenta ha sido elaborado y validadopara analizar la evolución de la capa límite oscilante bajo la influenciade oleaje no-lineal, apoyándose en una modelación física, realizada enel canal de olas del LEGI. Los perfiles experimentales instantáneos develocidad y posición del fondo fijo, permiten definir la evolución delas no-linealidades inducidas por las olas dentro de la capa límite. Elmodelo numérico acoplado a una modelación del movimiento del fondomóvil es capaz de reproducir la evolución de estas no-linealidades, yexplica también que la difusión vertical observada experimentalmentees principalmente debida al movimiento vertical del fondo inducidopor el oleaje. El estudio de la circulación y de la vorticidad en zonascosteras se hace mediante un modelo numérico 2D promediado enla vertical de tipo Shallow Water que es validado con los datos deuna experiencia llevada a cabo en la piscina de olas del LaboratoireHydraulique de France (ARTELIA). La formación de corrientes ripse realiza a través de frentes de olas con un déficit de energía en elmedio de la piscina. El modelo numérico es validado con medicionesde superficie libre, de velocidades, y de circulación y vorticidad.Utilizando la ecuación de vortcidad potencial como herramienta dediagnóstico, con un oleaje monocromático se predice un equilibrioentre la generación de vorticidad y su advección por las corrientes.