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Estado del arte de la modelización acoplada CFD-DEM y su aplicación en la erosión del suelo inducida por flujos turbulentos

Autores: Xu, Jun; Wang, Fei; Abegaz, Ruth

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Estado del arte de la modelización acoplada CFD-DEM y su aplicación en la erosión del suelo inducida por flujos turbulentos


Categoría

Ciencias Naturales y Subdisciplinas

Subcategoría

Ciencias de la Tierra y Geología

Palabras clave

Interacción fluido-suelo
Enfoque CFD-DEM
Dinámica de erosión
Flujo turbulento
Mecanismos de transporte de sedimentos
Efectos de esfuerzo cortante

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 16

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La interacción fluido-suelo juega un papel fundamental en diversas aplicaciones de ingeniería geotécnica, ya que influye significativamente en procesos como la erosión, el transporte de sedimentos y la estabilidad del suelo. Modelar las interacciones entre partículas de fluido y suelo en estos contextos presenta desafíos sustanciales debido a la complejidad inherente de las interacciones que ocurren a través de múltiples escalas características. El principal desafío radica en las vastas disparidades en magnitud entre estas escalas, que exigen técnicas de modelado sofisticadas para capturar con precisión la intrincada dinámica involucrada. Los modelos acoplados de partículas de fluido-suelo han surgido como herramientas esenciales para comprender los mecanismos subyacentes a las interacciones fluido-suelo. Entre estos, el enfoque CFD-DEM (dinámica de fluidos computacional-método de elementos discretos) ha ganado una atención significativa. Este método proporciona un compromiso efectivo entre el modelado de fluidos a alta resolución sub-partícula y técnicas basadas en mallas más gruesas para fluidos y partículas. Al hacerlo, CFD-DEM facilita simulaciones a gran escala mientras mantiene la eficiencia computacional, lo que lo convierte en una solución prometedora para estudiar interacciones fluido-suelo en escenarios geotécnicos complejos. Esta revisión destaca la aplicación de modelos CFD-DEM en ingeniería geotécnica, con un enfoque específico en los procesos de erosión del suelo y el papel crítico del flujo turbulento. Explora varios mecanismos computacionales de interacción entre partículas de fluido y suelo y sus implicaciones para la dinámica de erosión, enfatizando varios aspectos clave, incluyendo lo siguiente: modelos de flujo laminar vs. turbulento: comprender las distinciones entre los regímenes de flujo es crítico para predecir con precisión el movimiento de partículas de suelo inducido por el fluido. Efectos de la tensión de corte: se analiza la influencia de la tensión de corte inducida por el flujo en el desprendimiento de partículas de suelo, particularmente en entornos propensos a la erosión. Mecanismos de transporte de sedimentos: se examinan factores como el tamaño de las partículas, la densidad y la velocidad del agua por su papel en el control del transporte de sedimentos. Brechas de conocimiento y direcciones futuras: estas implican identificar problemas no resueltos en los modelos actuales de interacción fluido-suelo, con énfasis en mejorar la precisión y escalabilidad de las simulaciones CFD-DEM. Al profundizar en estos aspectos, la revisión tiene como objetivo avanzar en la comprensión de las interacciones fluido-suelo y proporcionar información sobre la optimización de técnicas de modelado para aplicaciones de ingeniería geotécnica. También esboza direcciones futuras de investigación para cerrar las brechas de conocimiento existentes, enfatizando la importancia de integrar modelado de turbulencia avanzado y estrategias computacionales para mejorar las capacidades predictivas de los marcos de interacción fluido-suelo.

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