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Un Estudio Numérico sobre la Influencia de los Parche de Vegetación Ribereña en el Transporte de Sedimentos Suspendidos en un Flujo de Canal en Forma de U

Autores: Wang, Mingyang; Yu, Qian; Xu, Yuan; Li, Na; Wang, Jing; Cao, Bo; Wang, Lu; Avital, Eldad J.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Un Estudio Numérico sobre la Influencia de los Parche de Vegetación Ribereña en el Transporte de Sedimentos Suspendidos en un Flujo de Canal en Forma de U


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Vegetación
Flujo secundario
Distribución de partículas
Transporte de sedimentos
PDF
Canales en forma de U

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Las secciones de curva son omnipresentes en los sistemas fluviales de arena natural. Este estudio emplea la metodología de Dinámica de Fluidos Computacional - Modelo de Fase Discreta (CFD-DPM) para analizar la dinámica del transporte de partículas en flujos de canales en forma de U, centrándose en las distinciones entre escenarios parcialmente vegetados (Caso No.1) y no vegetados (Caso No.2). La investigación tiene como objetivo desentrañar las complejas relaciones entre el flujo secundario inducido por el canal curvado, el bloqueo por vegetación y la agregación de partículas, utilizando enfoques tanto cuantitativos como cualitativos. (I) Los hallazgos clave revelan que la vegetación cerca de las paredes internas de los canales curvados disminuye notablemente la intensidad de la circulación secundaria. Esta reducción en la intensidad de la circulación se observa no solo dentro de las áreas vegetadas, sino que también se extiende a las zonas adyacentes no vegetadas. Además, el estudio identifica una estrecha correlación entre los vórtices verticales y la distribución de partículas cerca del lecho del canal. Si bien la distribución de partículas generalmente se alinea con el margen de los vórtices, los remolinos dinámicos a escala de parches cerca de los parches de vegetación inducen desviaciones, creando patrones en forma de onda en la distribución de partículas. (II) La aplicación de la Función de Densidad de Probabilidad (PDF) proporciona información sobre la distribución de partículas en función del radio. En canales no vegetados, la distribución de partículas está influenciada principalmente por el flujo secundario y las capas límite. En contraste, la presencia de vegetación conduce a una capa de mezcla compleja, alterando el patrón de distribución de partículas y maximizando los valores de PDF en subzonas de flujo libre no vegetadas. (III) Además, la investigación cuantifica la heterogeneidad sedimentaria espacio-temporal a través de la varianza de PDF. Los hallazgos demuestran que la varianza en canales no vegetados aumenta hacia la pared exterior en regiones de curvatura. La turbulencia inducida por la vegetación causa una mayor varianza, particularmente en la subzona de la capa de mezcla, subrayando la importancia del tamaño de los remolinos en la redistribución de sedimentos. (IV) El estudio de los perfiles de concentración vertical en canales en forma de U vegetados ofrece información adicional, mientras que el flujo secundario en canales no vegetados facilita el transporte ascendente de sedimentos y la presencia de vegetación, aunque al aumentar la Energía Cinética Turbulenta (TKE), restringe el espacio del canal e impide el flujo secundario, reduciendo así la suspensión vertical de partículas. Se encuentra que las concentraciones de sedimentos son más altas en las capas inferiores de las curvas vegetadas, en contraste con el patrón en las curvas no vegetadas. Estos hallazgos destacan la compleja interacción entre la vegetación, el flujo secundario y el transporte de sedimentos, ilustrando la efectividad reducida del flujo secundario para promover el transporte vertical de partículas en canales curvados debido a la obstrucción de la vegetación.

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