Simulación Numérica Tridimensional del Flujo Alrededor de un Dique de Espolón en una Curva de Canal Meandrante
Autores: Xing, Yan; Ai, Congfang; Cui, Hailong; Xiao, Zhangling
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Simulación Numérica Tridimensional del Flujo Alrededor de un Dique de Espolón en una Curva de Canal Meandrante
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelo de superficie libre tridimensional
Dique de espolón
Curva de canal meandrante
Modelos de turbulencia
Modelo de turbulencia no lineal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un modelo de superficie libre tridimensional (3D) para predecir el flujo incompresible alrededor de un dique de espolón en una curva de canal meandrante, que es altamente 3D debido a la presencia de efectos de curvatura. El modelo resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) utilizando un método de proyección explícito. El sistema de malla 3D se construye a partir de una malla bidimensional añadiendo docenas de capas horizontales en la dirección vertical. Las simulaciones numéricas consideran cuatro casos de prueba con diferentes ubicaciones de diques de espolón en la misma curva de canal meandrante con los mismos números de Froude de 0.22. Cuatro modelos de turbulencia, el modelo k- estándar, el modelo k-, el modelo k- RNG y un modelo k- no lineal, se implementan en nuestro modelo de superficie libre tridimensional. Se evalúa el rendimiento de estos modelos de turbulencia dentro del marco RANS. Las comparaciones entre los resultados del modelo y los datos experimentales muestran que el modelo k- no lineal se comporta mejor que los otros tres modelos en general. Basado en los resultados obtenidos por el modelo k- no lineal, se reveló el campo de flujo altamente 3D aguas abajo del dique de espolón presentando vectores de velocidad en secciones transversales representativas y líneas de corriente en las capas de superficie y fondo. Mientras tanto, también se investigaron las características 3D de la zona de separación aguas abajo. Además, para resaltar la ventaja del modelo de turbulencia no lineal, también se presentan comparaciones de vectores de velocidad en secciones transversales representativas entre los resultados obtenidos por los modelos k- lineal y no lineal.
Descripción
Este documento presenta un modelo de superficie libre tridimensional (3D) para predecir el flujo incompresible alrededor de un dique de espolón en una curva de canal meandrante, que es altamente 3D debido a la presencia de efectos de curvatura. El modelo resuelve las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds (RANS) utilizando un método de proyección explícito. El sistema de malla 3D se construye a partir de una malla bidimensional añadiendo docenas de capas horizontales en la dirección vertical. Las simulaciones numéricas consideran cuatro casos de prueba con diferentes ubicaciones de diques de espolón en la misma curva de canal meandrante con los mismos números de Froude de 0.22. Cuatro modelos de turbulencia, el modelo k- estándar, el modelo k-, el modelo k- RNG y un modelo k- no lineal, se implementan en nuestro modelo de superficie libre tridimensional. Se evalúa el rendimiento de estos modelos de turbulencia dentro del marco RANS. Las comparaciones entre los resultados del modelo y los datos experimentales muestran que el modelo k- no lineal se comporta mejor que los otros tres modelos en general. Basado en los resultados obtenidos por el modelo k- no lineal, se reveló el campo de flujo altamente 3D aguas abajo del dique de espolón presentando vectores de velocidad en secciones transversales representativas y líneas de corriente en las capas de superficie y fondo. Mientras tanto, también se investigaron las características 3D de la zona de separación aguas abajo. Además, para resaltar la ventaja del modelo de turbulencia no lineal, también se presentan comparaciones de vectores de velocidad en secciones transversales representativas entre los resultados obtenidos por los modelos k- lineal y no lineal.