Estudio numérico-experimental del campo de velocidades en un canal rectangular con curvatura compuesta y ancho variable en 2DH

• Aragón-Hernández, José Luis ^[1] ; Caballero-Coranguez, Christian Alberto ^[1] ; Jiménez-Castañeda, Amado Abel ^[1] ; Berezowsky-Verduzco, Moisés ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional Autónoma de México

     Universidad Nacional Autónoma de México

     México

     
• Localización: Tecnología y Ciencias del Agua, ISSN-e 2007-2422, Vol. 13, Nº. 1 (enero-febrero), 2022, págs. 1-48
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Experimental-numerical study of the velocity field in a rectangular channel with composite curvature and variable width in 2DH
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• Resumen
  • español

    Se presenta un análisis de la aproximación obtenida con los sistemas de modelación matemática HEC-RAS, Iber y Telemac–Mascaret para el cálculo del campo de velocidades en un canal de sección rectangular con curvatura compuesta y ancho variable; en el canal se desarrollaron corrientes secundarias y separación de flujo; los tres modelos son de uso libre y se basan en la hipótesis de flujo bidimensional horizontal (2DH). Se utilizan las ecuaciones de Saint Venant en cada modelo matemático para calcular la hidrodinámica y la turbulencia. El campo de velocidades se determina a partir de mediciones físicas en un canal de laboratorio con un velocímetro Doppler acústico (Micro-ADV 16 MHz) y se compara con los campos de velocidades calculados con los sistemas de modelación matemática (HEC-RAS, Iber y Telemac–Mascaret). Se presenta un análisis de errores, con el objetivo de determinar el grado de aproximación obtenido con cada sistema de modelación, y la discusión de los factores y fenómenos observados en el laboratorio, esto permite tener conocimiento sobre la complejidad en la naturaleza de los flujos turbulentos en canales con curvaturas fuertes. Se encontró que los tres modelos, en general, tienen un comportamiento similar y aceptable, con una aproximación promedio superior al 93 %; en cambio, en un análisis por sección, en una zona de recirculación, se observó separación del flujo y alta turbulencia (procesos físicos de la dinámica del fluido que los modelos empleados no pueden reproducir de forma adecuada); la aproximación promedio disminuye hasta el 82.5 %.

  • English

    An analysis of the approximation obtained with the mathematical modeling systems HEC-RAS, Iber, and Telemac–Mascaret is presented, for calculation of velocity field in a rectangular section channel with compound curvature and variable width. On the channel, secondary currents, and flow separation developed; all three models are free to use and based on the horizontal two-dimensional flow (2DH) hypothesis. The Saint Venant equations are used in each mathematical model to calculate hydrodynamics and turbulence. The velocity field is determined from physical measurements in a laboratory channel with an acoustic Doppler velocimeter (Micro-ADV 16 MHz) and it is compared with the velocity fields calculated with the mathematical modeling systems (HEC-RAS, Iber, and Telemac-Mascaret). An error analysis is presented, to determine the degree of approximation obtained with each modeling system and discussion of the factors and phenomena observed in the laboratory, this allows knowing the complexity like turbulent flows in channels with strong bent. It was found that the three models, in general, have similar and acceptable behavior, with an average approximation greater than 93 %; on the other hand, in an analysis by section, in a recirculation zone, flow separation and high turbulence were observed (physical processes of fluid dynamics that the models used cannot reproduce adequately); the average approximation decreases to 82.5 %.