Validación Computacional de Analogías de Flujo Alrededor de una Pila y en una Confluencia

Abstract

Las confluencias son ambientes complejos presentes en los sistemas fluviales que juegan un rol importante en su hidrodinámica, ya que la convergencia de dos o más flujos produce patrones complejos de movimiento. Una característica hidrodinámica relevante es la formación de una interfase de mezcla entre los flujos convergentes y el desarrollo de estructuras de flujo coherentes de gran escala dentro de esta interfaz. Los procesos hidrodinámicos que se desarrollan en las interfaces de mezcla están gobernados por diferentes parámetros geométricos y del flujo. En este trabajo se analiza el comportamiento hidrodinámico de una confluencia de dos flujos paralelos a partir de una simulación numérica tridimensional validada con datos experimentales específicamente registrados para este proyecto. A partir de los resultados se ha verificado la analogía existente entre el comportamiento del flujo en una confluencia, con respecto del que sucede aguas abajo de una pila cilíndrica cuando la relación de momentos de los flujos convergentes es igual a la unidad.
Para realizar este trabajo se ha implementado un modelo numérico en tres dimensiones, utilizando como herramienta el código libre y abierto OpenFOAM® (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 coherentes, observadas en la instalación experimental y en las simulaciones numéricas.
Con el modelo numérico validado se ha comenzado a evaluar el comportamiento del flujo para distintas relaciones de caudales y momentos de flujo.