Modelando la Dispersión de Gases Pesados en el Aire con Ecuaciones de Agua Poco Profundo de Dos Capas
Autores: Chiapolino, Alexandre; Courtiaud, Sébastien; Lapébie, Emmanuel; Saurel, Richard
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelando la Dispersión de Gases Pesados en el Aire con Ecuaciones de Agua Poco Profundo de Dos Capas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Dispersión de gases
Lugares urbanos
Terrenos montañosos
Modelos computacionales
Modelos de agua poco profunda de dos capas
Dispersión de gases pesados
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El cálculo de la dispersión de gases en lugares urbanos o terrenos montañosos requiere una gran cantidad de tiempo de computadora cuando se aborda con modelos multidimensionales convencionales. Estos suelen basarse en flujos bifásicos o en las ecuaciones de Navier-Stokes. Existen diferentes clases de modelos simplificados. Entre ellos, los modelos de agua poco profunda de dos capas son interesantes para abordar la dispersión a gran escala. De hecho, en comparación con los enfoques multidimensionales convencionales, se realizan simulaciones en 2D para imitar los efectos en 3D. Se espera que la ganancia computacional en tiempo de CPU sea, en consecuencia, enorme. Sin embargo, tales modelos implican al menos tres dificultades fundamentales. La primera está relacionada con la falta de hiperbólica de la mayoría de las formulaciones existentes, lo que genera serias consecuencias respecto a la propagación de ondas. La segunda está relacionada con los términos no conservativos en las ecuaciones de momento. Estos términos tienen en cuenta las interacciones entre las capas de fluido. Recientemente, estas dos dificultades han sido abordadas en Chiapolino y Saurel (2018) y se ha propuesto un modelo hiperbólico incondicional junto con un solucionador de Riemann tipo Harten-Lax-van Leer (HLL) que trata los términos no conservativos. En la misma referencia, los experimentos numéricos mostraron la robustez y precisión de la formulación. En el presente artículo, se aborda una tercera dificultad. Consiste en la determinación de una formulación adecuada del efecto de arrastre. Tales efectos también tienen en cuenta las interacciones entre las capas de fluido y se vuelven de particular importancia al tratar con la dispersión de gases pesados. Con este objetivo, el modelo se compara con experimentos de laboratorio en el contexto de la dispersión de gas pesado en aire tranquilo. Se demuestra que el modelo reproduce con precisión los resultados experimentales gracias a una correlación de fuerza de arrastre adecuada. Esta función expresa los efectos de arrastre entre las capas de gas pesado y ligero. Se determina gracias a varias configuraciones experimentales de problemas de prueba de ruptura de presa.
Descripción
El cálculo de la dispersión de gases en lugares urbanos o terrenos montañosos requiere una gran cantidad de tiempo de computadora cuando se aborda con modelos multidimensionales convencionales. Estos suelen basarse en flujos bifásicos o en las ecuaciones de Navier-Stokes. Existen diferentes clases de modelos simplificados. Entre ellos, los modelos de agua poco profunda de dos capas son interesantes para abordar la dispersión a gran escala. De hecho, en comparación con los enfoques multidimensionales convencionales, se realizan simulaciones en 2D para imitar los efectos en 3D. Se espera que la ganancia computacional en tiempo de CPU sea, en consecuencia, enorme. Sin embargo, tales modelos implican al menos tres dificultades fundamentales. La primera está relacionada con la falta de hiperbólica de la mayoría de las formulaciones existentes, lo que genera serias consecuencias respecto a la propagación de ondas. La segunda está relacionada con los términos no conservativos en las ecuaciones de momento. Estos términos tienen en cuenta las interacciones entre las capas de fluido. Recientemente, estas dos dificultades han sido abordadas en Chiapolino y Saurel (2018) y se ha propuesto un modelo hiperbólico incondicional junto con un solucionador de Riemann tipo Harten-Lax-van Leer (HLL) que trata los términos no conservativos. En la misma referencia, los experimentos numéricos mostraron la robustez y precisión de la formulación. En el presente artículo, se aborda una tercera dificultad. Consiste en la determinación de una formulación adecuada del efecto de arrastre. Tales efectos también tienen en cuenta las interacciones entre las capas de fluido y se vuelven de particular importancia al tratar con la dispersión de gases pesados. Con este objetivo, el modelo se compara con experimentos de laboratorio en el contexto de la dispersión de gas pesado en aire tranquilo. Se demuestra que el modelo reproduce con precisión los resultados experimentales gracias a una correlación de fuerza de arrastre adecuada. Esta función expresa los efectos de arrastre entre las capas de gas pesado y ligero. Se determina gracias a varias configuraciones experimentales de problemas de prueba de ruptura de presa.