Simulación Numérica y Experimental del Flujo en una Confluencia

Abstract

La caracterización de las estructuras turbulentas presentes aguas abajo de confluencias fluviales se ha llevado a cabo tradicionalmente en analogía con distintos procesos turbulentos estudiados en profundidad en mecánica de los fluidos. Uno de los flujos análogos que podría ser adoptado para la caracterización de estructuras turbulentas en confluencias cuyas geometrías en planta de los flujos de aproximación origina una zona de estancamiento aguas abajo de estos con un déficit de velocidad y una elevada transferencia lateral de cantidad de movimiento en la interfase de mezcla es el caso de estelas turbulentas generadas en flujos en presencia de un obstáculo. En este trabajo se detallan las simulaciones numéricas y experimentales realizadas a los fines de evaluar la conveniencia del uso de esta analogía al caracterizar flujos en presencia de un obstáculo y en una confluencia con características geométricas similares.
Para ello se ha implementado un modelo numérico que permite resolver las ecuaciones que caracterizan el flujo incompresible en un dominio simplificado (flujos de aproximación paralelos) y que esta implementado en el código libre y abierto OpenFOAM(R) (Open Field Operation and Manipulation). El modelo numérico fue validado utilizando datos experimentales específicamente registrados para este estudio en un canal de sección rectangular a fondo rígido en las instalaciones del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA), Facultad de Ingeniería, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay.
En la etapa de validación se compararon los campos de velocidades longitudinales y los tiempos característicos de las estructuras turbulentas obtenidas en el modelo experimental y el simulado numéricamente para las dos configuraciones de flujo (flujo en presencia de un obstáculo y en una confluencia con características geométricas similares) obteniéndose un buen contraste en los resultados generados con ambos modelos (experimental y numérico).
Trabajos futuros preven la utilización del modelo numérico para evaluar los rangos de condiciones geométricas (diámetro de la nariz de la confluencia y ángulo de aproximación) y de flujo (relación de caudales y momentos de flujo) para el cual la analogía propuesta es apropiada.