Diagramas de estabilidad de la evolución de la cama para modelos de promedio vertical y de momento (VAM)
Autores: Elgamal, Mohamed Hassan; Mumtaz, Mohd Aamir
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diagramas de estabilidad de la evolución de la cama para modelos de promedio vertical y de momento (VAM)
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estudio
Evolución de formas de lecho
Análisis de estabilidad
Condiciones de bajo caudal
Transporte de carga de fondo
Inestabilidad morfológica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta, por primera vez, un análisis detallado de estabilidad lineal (LSA) de la evolución de las formas del lecho en condiciones de flujo bajo utilizando un enfoque unidimensional promediado verticalmente y de momento (1D-VAM). El análisis se centra exclusivamente en el transporte de carga de fondo. Las ecuaciones clásicas de aguas someras de Saint-Venant se extienden para incorporar términos de presión no hidrostáticos y se adopta una formulación modificada de resistencia Chézy basada en momentos que vincula la tensión de corte del lecho tanto a la velocidad promediada en la profundidad como a su primer momento (velocidad cerca del lecho). Aplicando un análisis de perturbación de pequeña amplitud a un lecho inicialmente plano, y al omitir la carga suspendida y los efectos de la pendiente del lecho, se revelan dos modos distintos de inestabilidad morfológica en condiciones de bajo número de Froude. El primer modo, asociado con la formación de ondulaciones, presenta longitudes de onda cortas independientes de la profundidad del flujo, siguiendo la relación /), y varía sistemáticamente con los números de Froude y Shields. El segundo modo corresponde a la formación de dunas, surgiendo dentro de un rango adimensional de número de onda de 0.17 a 0.9 a medida que aumenta la rugosidad y el coeficiente de Chézy adimensional disminuye de 20 a 10. Las predicciones resultantes de los números de onda dominantes concuerdan bien con observaciones experimentales recientes. Críticamente, el modelo produce naturalmente un desfase entre el transporte de sedimentos y la geometría de las formas del lecho sin términos de desfase empíricos. El marco 1D-VAM con la ecuación de Exner ofrece una herramienta físicamente consistente y computacionalmente eficiente para predecir las inestabilidades de las formas del lecho en canales erosionables. Este estudio avanza en la capacidad de los modelos convencionales de profundidad promediada para simular procesos de evolución de formas del lecho complejos.
Descripción
Este estudio presenta, por primera vez, un análisis detallado de estabilidad lineal (LSA) de la evolución de las formas del lecho en condiciones de flujo bajo utilizando un enfoque unidimensional promediado verticalmente y de momento (1D-VAM). El análisis se centra exclusivamente en el transporte de carga de fondo. Las ecuaciones clásicas de aguas someras de Saint-Venant se extienden para incorporar términos de presión no hidrostáticos y se adopta una formulación modificada de resistencia Chézy basada en momentos que vincula la tensión de corte del lecho tanto a la velocidad promediada en la profundidad como a su primer momento (velocidad cerca del lecho). Aplicando un análisis de perturbación de pequeña amplitud a un lecho inicialmente plano, y al omitir la carga suspendida y los efectos de la pendiente del lecho, se revelan dos modos distintos de inestabilidad morfológica en condiciones de bajo número de Froude. El primer modo, asociado con la formación de ondulaciones, presenta longitudes de onda cortas independientes de la profundidad del flujo, siguiendo la relación /), y varía sistemáticamente con los números de Froude y Shields. El segundo modo corresponde a la formación de dunas, surgiendo dentro de un rango adimensional de número de onda de 0.17 a 0.9 a medida que aumenta la rugosidad y el coeficiente de Chézy adimensional disminuye de 20 a 10. Las predicciones resultantes de los números de onda dominantes concuerdan bien con observaciones experimentales recientes. Críticamente, el modelo produce naturalmente un desfase entre el transporte de sedimentos y la geometría de las formas del lecho sin términos de desfase empíricos. El marco 1D-VAM con la ecuación de Exner ofrece una herramienta físicamente consistente y computacionalmente eficiente para predecir las inestabilidades de las formas del lecho en canales erosionables. Este estudio avanza en la capacidad de los modelos convencionales de profundidad promediada para simular procesos de evolución de formas del lecho complejos.