TAZ-PFC-2010-055

Modelización del flujo circulante en estructuras hidráulicas y ríos

Ratia Sánchez, Héctor
Murillo Castarlenas, Javier (dir.)

Universidad de Zaragoza, CPS, 2010
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Ingeniero Industrial

Resumen: En este proyecto fin de carrera se aborda el problema de la modelización de estructuras hidráulicas en el contexto de la simulación numérica de flujos transitorios y estacionarios. En este trabajo el objetivo principal es la modelización de estructuras hidráulicas mediante una representación correcta de los efectos que estas causan en el flujo aguas arriba y aguas abajo en un modelo bidimensional promediado en la vertical. Los efectos de la interacción estructura-flujo determinan un disipación de energía que puede explicarse en su mayor parte a través del estudio de los fenómenos de contracción y expansión el plano horizontal. La modelización propuesta evita el cálculo en detalle de los patrones de flujo inmediatamente alrededor de la estructura, mediante la caracterización de las perdidas de energía a través de un modelo que promedia las cantidades relevantes del problema en secciones virtuales que sustituyen por completo la discretización espacial de las estructuras participantes. A cambio, el modelo propuesto se puede integrar en cálculos que ofrezcan resultados para operaciones de gestión hidráulica en tiempo real. El modelo propuesto involucra los tres regímenes de flujo en los que puede encontrarse una estructura inmersa en el flujo: lámina libre, en presión, o sumergida. En este trabajo se exploran diversas formulaciones para cada caso y han sido incluidos en el método numérico de tal forma que las estructuras puedan pasar por cualquiera de los tres regímenes, incluso de forma transitoria. A pesar de ser costoso computacionalmente, en el caso de lámina libre, se pueden obtener soluciones correctas con el método numérico básico modelando las estructuras como parte del terreno, Esto permite, en un primer paso, estudiar el régimen de lámina libre y comprobar la influencia de distintos factores como la resolución de la malla y la disposición geométrica de los puentes. En un segundo paso, utilizando resultados experimentales se valora el correcto funcionamiento de las diversas modelizaciones planteadas mediante la comparación de los resultados de simulación con los datos experimentales. También se ha comparado con los resultados proporcionados por HEC-RAS, el programa de simulación más comúnmente aceptado en la hidráulica computacional. Finalmente se han simulado casos transitorios, observando que el comportamiento de las modelizaciones es correcto y permite el paso de un regímen a otro sin discontinuidades y de forma estable.