Estudio experimental y numérico de la propagación de ondas no-hidrostáticas sobre obstáculos sumergidos
- Autores: Pedro Pablo Gamero Ojeda
- Directores de la Tesis: Oscar Castro Orgaz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Emilio Camacho Poyato (presid.), Petra Amparo López Jiménez (secret.), Javier López Rodríguez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Dinámica de los Flujos Biogeoquímicos y sus Aplicaciones por la Universidad de Córdoba; la Universidad de Granada y la Universidad de Málaga
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. Introducción o motivación de la tesis: La mayoría de los modelos aproximados utilizados para la simulación de flujos en canales abiertos se basan en la solución de las ecuaciones de Saint-Venant, en las cuales se supone que la distribución de la presión del fluido es hidrostática y la distribución vertical de la componente de velocidad en la dirección del movimiento es uniforme En flujos con superficie libre donde la escala de longitud vertical es despreciable en comparación con la horizontal, los modelos basados en Saint-Venant proporcionan resultados adecuados. Sin embargo, en transiciones de cauces abiertos, cerca de estructuras hidráulicas, en ondas de rotura de presas sobre lechos móviles, en diques granulares erosionados por desbordamiento, o en ondas de avenida propagándose sobre un cauce con una variación significativa de la topografía del fondo, entre otros, la variación de la velocidad vertical no es despreciable y la aceleración vertical es, por lo tanto, distinta de cero. Así, la distribución de presión es no hidrostática, con efectos dispersivos no despreciables en las ecuaciones de movimiento. El principal objetivo es la caracterización experimentalmente de la propagación de ondas no hidrostáticas sobre obstáculos, y el estudio de estas mediante el uso de modelos promediados verticalmente 2.Contenido de la investigación: El marco teórico del presente trabajo ha sido la modelización de flujos no-hidrostáticos mediante el método de los residuos ponderados (modelo VAM), el cual ha sido poco explorado, con énfasis en los flujos turbulentos, tales como los resaltos hidráulicos estacionarios, y las ondas que se propagan sobre batimetría variable en el entorno fluvial y costero dando lugar a fenómenos de dispersión, reflexión y rotura. El marco experimental se ha centrado en la caracterización de dichos flujos mediante experimentos controlados de ondas dispersivas en laboratorio, mediante el desarrollo de un dispositivo experimental en el canal hidráulico del área de Ingeniería Hidráulica de la Universidad de Córdoba.
3.Conclusión: Se ha desarrollado un dispositivo experimental en el canal hidráulico del área de Ingeniería Hidráulica de la Universidad de Córdoba que permite el estudio experimental de ondas dispersivas sobre obstáculos con medida de los niveles transitorios de agua y presión dinámica en el fondo.
Se presenta una plataforma de software en MATLAB fácil de usar para modelar flujos no hidrostáticos promediados a través del modelo VAM, que se aplica para resolver varios problemas de flujo costero y de canales abiertos.
Se ha desarrollado un nuevo procedimiento experimental para investigar la interacción de ondas no-hidrostáticas sobre topografía variable incluyendo fenómenos de dispersión de frecuencia, reflexión y rotura de onda, con la correspondiente generación de resaltos hidráulicos móviles. Se presenta un nuevo modelo VAM con la capacidad de simular turbulencia mediante un modelo de orden cero y tensiones de Reynolds promediadas de forma variacional, el cual reproduce de forma adecuada los experimentos realizados. La base de datos experimental generada es de utilidad para verificar otros modelos informáticos por otros grupos de investigación, por lo que se le ha dado libre acceso.
Por último la modelización de la turbulencia en el modelo VAM se ha realizado de forma más adecuada mediante la consideración de todos los términos de las tensiones de Reynolds promediadas en sentido variacional, y un modelo de turbulencia basado en el transporte de la energía cinética de la misma. El termino de producción incluye todos los gradientes asociados al campo de velocidades, lo que ha permitido modelar de forma satisfactoria la compleja transición del resalto hidráulico ondulatorio al directo.
4. Bibliografía: Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., Coll, A. (2014). Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 30(1), 1¿10.
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