Modelación numérica de procesos de mezcla turbulentos inducidos por el viento en cuerpos de agua estratificados

• Niño, Yarko ^[1] ; López, Fabián ^[1] ; Pirard, Constance ^[1] ; Hillmer, Ingrid ^[1] ; Gracía, Marcelo H. ^[1]
  1. [1] Universidad de Chile

     Universidad de Chile

     Santiago, Chile

     
• Localización: Ingeniería hidráulica en México (1985), ISSN 0186-4076, Vol. 15, Nº. 1 (enero-abril de 2000), 2000, págs. 13-25
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Numerical modeling of wind induced turbulent mixing processes in stratified water bodies
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• Resumen
  • español

    El presente trabajo reporta resultados de la simulación numérica de procesos de mezcla turbulentos, inducidos por la acción del viento sobre la superficie libre de cuerpos de agua estratificados establemente, usando para ello un modelo de cierre de dos ecuaciones del tipo k-ε. El trabajo se limita al caso unidimensional, asociado a la existencia de un gradiente nulo de presión en la dirección del viento, correspondiente a cuerpos de agua de longitud muy grande o muy pequeña, con respecto a su profundidad. Primeramente, y con el objeto de verificar el modelo numérico, se emplean observaciones experimentales con números de Richardson relativamente bajos. Posteriormente, la realización de experimentos numéricos permite caracterizar el proceso de mezcla con números de Richardson mayores que los obtenidos en laboratorio, con la ventaja adicional de eliminar efectos de escala. Se estima la velocidad adimensional de mezcla en función del número de Richardson, tanto para cuerpos de agua con estratificación inicial de densidad en dos capas, como para aquéllos con distribuciones lineales de densidad inicial, obteniendo para ambos casos resultados similares. El análisis de los resultados de la simulación permite concluir que las características de la turbulencia en la capa de mezcla superficial son muy similares para cualquiera de los dos tipos de estratificación estudiados, lo cual explica la similitud de la velocidad adimensional de mezcla obtenida en ambos casos. 

  • English

    The present work reports results of the numerical simulation of wind-induced mixing processes in stably stratified fluids using a two-equation k-ε closure model. Results reported are limited to the case of onedimensional, zero-pressure gradient flow, corresponding to water bodies of a longitudinal extension that is either very large or very small compared to the depth. Experimental observations provide a benchmark for the verification of the model at relatively low Richardson numbers. Turbulent mixing processes at higher Richardson numbers were also studied from the results of the numerical experiments, with the additional advantage over the laboratory ones of eliminating scale effects. Dimensionless entrainment rates as a function of the Richardson number were estimated, both for water bodies with a two-layer density profile as well as for linear density distributions. These results suggest a common entrainment relationship in both cases. Further analyses of the results from the numerical simulations show a great similarity in the characteristics of the turbulent structure of the mixed layer for both types of stratification, which would explain the apparent universality found for the entrainment law.