Chorros Densos Verticales en Flujos Transversales: Un Estudio Preliminar con Métodos de Lattice Boltzmann
Autores: Giordano, Maria Grazia; Jacob, Jérôme; Fusco, Piergiorgio; Tangaro, Sabina; Malcangio, Daniela
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Chorros Densos Verticales en Flujos Transversales: Un Estudio Preliminar con Métodos de Lattice Boltzmann
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Aumento dramático
Cuerpos de agua
Sistemas de gestión de residuos
Método de Lattice Boltzmann
Simulaciones de dinámica de fluidos
Mezcla de contaminantes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El aumento dramático de los desechos domésticos e industriales en los últimos siglos ha contaminado significativamente los cuerpos de agua, amenazando la vida acuática y actividades humanas como el consumo, la recreación y el comercio. Comprender la dispersión de contaminantes es esencial para diseñar sistemas de gestión de residuos efectivos, empleando tanto técnicas experimentales como computacionales. Entre las técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), el Método de Lattice Boltzmann (LBM) ha surgido como un enfoque novedoso basado en una ecuación de Boltzmann discretizada. La versatilidad y la capacidad de paralelización de este método lo hacen particularmente atractivo para simulaciones de dinámica de fluidos utilizando computación de alto rendimiento. Motivado por su exitosa aplicación en diversas disciplinas científicas, este estudio explora el potencial del LBM para modelar la mezcla y dilución de contaminantes desde vertederos hacia cuerpos de agua superficiales, centrándose específicamente en chorros densos verticales en flujo cruzado (JICF), un escenario clave para la difusión de salmuera de plantas de desalinización. Se emplea un esquema de LBM completo para modelar tanto la hidrodinámica como el transporte del campo de concentración salina, y se utilizan Simulaciones de Grandes Remolinos (LES) en el marco del LBM para reducir los costos computacionales típicamente asociados con el modelado de turbulencia, junto con un procedimiento de regularización recursiva para el operador de colisión para lograr una mayor estabilidad. Se consideran varios aspectos clave del JICF denso vertical. Las simulaciones capturan con éxito las características generales del flujo correspondientes a chorros con diferentes parámetros de flujo cruzado urF y la mayoría de las estructuras vórticas típicas asociadas con el JICF. Se comparan cantidades relevantes como la altura de ascenso terminal, la distancia de impacto, la dilución en la altura de ascenso terminal y la dilución en el punto de impacto con resultados experimentales y relaciones semi-empíricas. Los resultados muestran una subestimación sistemática de estas cantidades, pero las tendencias clave se capturan con éxito, destacando la promesa del LBM como herramienta para simular la dispersión de aguas residuales en entornos acuáticos.
Descripción
El aumento dramático de los desechos domésticos e industriales en los últimos siglos ha contaminado significativamente los cuerpos de agua, amenazando la vida acuática y actividades humanas como el consumo, la recreación y el comercio. Comprender la dispersión de contaminantes es esencial para diseñar sistemas de gestión de residuos efectivos, empleando tanto técnicas experimentales como computacionales. Entre las técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), el Método de Lattice Boltzmann (LBM) ha surgido como un enfoque novedoso basado en una ecuación de Boltzmann discretizada. La versatilidad y la capacidad de paralelización de este método lo hacen particularmente atractivo para simulaciones de dinámica de fluidos utilizando computación de alto rendimiento. Motivado por su exitosa aplicación en diversas disciplinas científicas, este estudio explora el potencial del LBM para modelar la mezcla y dilución de contaminantes desde vertederos hacia cuerpos de agua superficiales, centrándose específicamente en chorros densos verticales en flujo cruzado (JICF), un escenario clave para la difusión de salmuera de plantas de desalinización. Se emplea un esquema de LBM completo para modelar tanto la hidrodinámica como el transporte del campo de concentración salina, y se utilizan Simulaciones de Grandes Remolinos (LES) en el marco del LBM para reducir los costos computacionales típicamente asociados con el modelado de turbulencia, junto con un procedimiento de regularización recursiva para el operador de colisión para lograr una mayor estabilidad. Se consideran varios aspectos clave del JICF denso vertical. Las simulaciones capturan con éxito las características generales del flujo correspondientes a chorros con diferentes parámetros de flujo cruzado urF y la mayoría de las estructuras vórticas típicas asociadas con el JICF. Se comparan cantidades relevantes como la altura de ascenso terminal, la distancia de impacto, la dilución en la altura de ascenso terminal y la dilución en el punto de impacto con resultados experimentales y relaciones semi-empíricas. Los resultados muestran una subestimación sistemática de estas cantidades, pero las tendencias clave se capturan con éxito, destacando la promesa del LBM como herramienta para simular la dispersión de aguas residuales en entornos acuáticos.