Browsing by Author "Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo"

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    A level-set method for artificial compressibility with pressure-based residual smoothing
    (2017) Carvajal Saavedra, Matías; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Comprender la dinámica de la superficie libre de los fluidos es un aspecto clave en diferentes aplicaciones prácticas como por ejemplo, el proceso de erosión y sedimentación que ocurre en la zona donde una ola revienta. Para lograr un mejor entendimiento de estos fenómenos es importante contar con modelos numéricos precisos y robustos capaces de identificar el movimiento de la superficie libre junto a la dinámica del flujo. En este trabajo nosotros desarrollamos un método explícito, conservativo, en coordenadas curvilíneas generalizadas, de volúmenes finitos que incorpora el enfoque de conjuntos de nivel para simular fluidos incompresibles de dos fases. A diferencia de otros métodos, modificamos el método de compresibilidad artificial (CA) para considerar una densidad y viscosidad variable, en el cual se avanza el tiempo con una metodología de paso de tiempo dual. Para incorporar las propiedades no uniformes nos aprovechamos de la formulación del método de CA con suavizado residual en base a la presión, en el cual el algoritmo diagonal-bloque, usado para resolver el sistema de ecuaciones, es natural y levemente modificado. Demostramos la precisión y robustez del modelo desarrollado simulando casos de referencia que involucran el movimiento de la superficie libre de un flujo, como el caso de un tanque oscilante, una ola lineal progresiva y el problema del rompimiento de presa. En el futuro esperamos aplicar el modelo desarrollado en la zona de rompimiento de una ola donde ocurren importantes procesos biológicos.
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    A model of bridge pier scour during flood waves
    (2017) Link, O.; Castillo, C.; Pizarro, A.; Rojas A.; Ettmer, B.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Salvatore, M.
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    An integrated analysis of the March 2015 Atacama floods
    (2016) Otárola, S.; Castro L.; Gironás León, Jorge Alfredo; Cienfuegos Carrasco, Rodrigo Alberto; Mao, Luca; Wilcox A.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Agredano, Roberto; Mignot E.; Zuazo V.; CEDEUS (Chile)
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    Characterization of bedload intermittency near the threshold of motion using a Lagrangian sediment transport model
    (2017) Gonzalez, Christian; Richter, David H.; Bolster, Diogo; Bateman, Samuel; Calantoni, Joseph; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo
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    Coherent Structure Dynamics in Turbulent Flows Past In-Stream Structures: Some Insights Gained via Numerical Simulation
    (2010) Paik, Joongcheol; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Sotiropoulos, Fotis
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    Coherent turbulent structures at the mixing-interface of a square open-channel lateral cavity
    (2016) Mignot, E.; Cai, W.; Launay, G.; Riviere, N.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo
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    Daily Freeze-Thaw Cycles Affect the Transport of Metals in Streams Affected by Acid Drainage
    (2016) Guerra, P.; Simonson, K.; González, C.; Gironás León, Jorge Alfredo; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Bonilla Meléndez, Carlos Alberto; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
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    Enhancement of particle aggregation in the presence of organic matter during neutralization of acid drainage in a stream confluence and its effect on arsenic immobilization
    (2017) Arce, G.; Montecinos, M.; Guerra, P.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Coquery, M.; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
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    Experimental and numerical characterization of a six-blade tidal turbine
    (2018) Gotelli Alvial, Clemente Mauricio; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Las turbinas marinas hidrocinéticas (MHK, por sus siglas en inglés) son desarrolladas para aprovechar la energía de las corrientes en canales de mareas. Antes de instalar múltiples dispositivos en arreglos submarinos, es necesario entender las interacciones con el ambiente y con otras turbinas MHK ubicadas en su estela, para estudiar los cambios locales de la hidrodinámica del flujo, la potencia total que puede ser extraída, y su variabilidad. En esta investigación analizamos experimentalmente el flujo de la estela y los estadísticos de la generación de potencia del modelo escalado de una turbina D10 de Sabella para dos casos distintos: una turbina solitaria y un arreglo de dos turbinas alineadas. Además, realizamos simulaciones numéricas en 3D de estos casos usando un modelo Blade Element Momentum Actuator Disk (BEM-AD) para la representación de las turbinas, acoplado con un modelo Detached-eddy simulation (DES) para resolver el flujo, para predecir los efectos de estos dos casos y proveer avances de las características del flujo medio y las dinámicas de las estructuras coherentes turbulentas. Los resultados muestran un buen ajuste en los estadísticos de velocidad media y dinámica de sedimentos entre el modelo y las mediciones experimentales. Los coeficientes de potencia obtenidos de las simulaciones muestran una disminución en la media y un aumento en la variabilidad para la potencia y el empuje cuando la intensidad turbulenta del flujo aguas arriba de la turbina aumenta. También entregamos una descripción detallada del flujo pasado las turbinas, y los cambios en la dinámica local del flujo usando un modelo numérico con bajo costo computacional, enfatizando los efectos en los estadísticos de la turbulencia, el rendimiento de los dispositivos, el efecto del diseño de la base sobre el flujo, y los mecanismos de erosión.
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    Field and Numerical Investigation of Transport Mechanisms in a Surface Storage Zone
    (2019) Sandoval Ulloa, Jorge Cristóbal; Mignot, Emmanuel; Mao, Luca; Pastén González, Pablo Arturo; Bolster, Dioogo; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; CEDEUS (Chile)
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    Flume and field-based calibration of surrogate sensors for monitoring bedload transport
    (2016) Mao, Luca; Carrillo, R.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Iroume, A.
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    ield and numerical investigation of mass and momentum transport mechanisms in a surface storage zone
    (2018) Sandoval Ulloa, Jorge Cristóbal; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    El flujo turbulento que se desarrolla en zonas de almacenamiento superficial en los ríos controla muchos procesos físicos y biogeoquímicos que se desarrollan en éstos. Estas zonas se caracterizan por poseer bajas velocidades y largos tiempos de residencia que favorecen la deposición de contaminantes, absorción de nutrientes e interacción con sedimentos reactivos. La dinámica del flujo en estas zonas se caracteriza típicamente por una capa de corte que induce un área de recirculación y múltiples estructuras coherentes del flujo que exhiben diferentes escalas temporales y espaciales. La dinámica del flujo entre la zona de almacenamiento superficial y el escurrimiento principal ha sido ampliamente estudiada, tanto experimental como numéricamente, sin embargo, existe escaso trabajo en el que se haya analizado las características principales del flujo turbulento y de los mecanismos de intercambio en zonas de almacenamiento superficial naturales a altos números de Reynolds. En este trabajo se analiza el flujo en una cavidad lateral del Río Lluta, en un entorno andino de gran altitud (˜ 4.000 msnm). EL Río Lluta es una importante fuente de agua para la agricultura y el abastecimiento de los distintos centros urbanos ubicados en la parte baja de la cuenca. A pesar de que éste constituye una importante fuente de agua para la actividad humana y los distintos ecosistemas ubicados aguas abajo del río, su calidad está afectada por la presencia de elementos tóxicos, especialmente arsénico. Este fenómeno es una consecuencia de las distintas fuentes hidrotermales y de la actividad volcánica en la zona alta de la cuenca, como también del legado de la minería del azufre en la región. En este trabajo caracterizamos las principales estructuras coherentes del flujo usando mediciones de terreno y simulaciones numéricas. Medimos la batimetría del lecho a alta resolución espacial, las tres componentes de velocidad instantánea en varios puntos de la zona de estudio y su campo de velocidades superficial. La topografía fue obtenida mediante DGPS y análisis computacional de imágenes. El flujo instantáneo fue medido con un velocímetro acústico Doppler (ADV) y el campo de velocidades superficial fue obtenido mediante la técnica LSPIV (Large scale particle image velocimetry). Con la información de terreno, se desarrollaron simulaciones numéricas del flujo usando un modelo DES (Detached-eddy simulation) de turbulencia acoplado con un modelo 3D de transporte de escalares pasivos. Las simulaciones fueron llevadas a cabo con un Re= 45800. Nos enfocamos principalmente en la dinámica de la capa de corte, identificada como el mecanismo principal que domina los procesos de transporte de masa y momentum entre la cavidad y el escurrimiento principal. También analizamos las estructuras 2D del flujo medio dentro de la cavidad, dado que éstas tienen una gran influencia en el transporte de masa, incrementando los tiempos de residencia de contaminantes debido a que son zonas de bajas velocidad y bajas tasas de intercambio de masa. Finalmente, analizamos el desempeño de modelos simplificados de transporte de masa para representar la dinámica del transporte a escalas temporales y espaciales mayores.
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    Impulse scattering from clouds of acoustically coupled gas bubbles in fluids
    (2017) Raveau Morales, María Paz; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Dolder, C; Wilson, P; Feuillade, C
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    Incomplete Mixing in the Fate and Transport of Arsenic at a River Affected by Acid Drainage
    (2016) Guerra, P.; Gonzalez, C.; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pizarro Puccio, Gonzalo E.; Pastén González, Pablo Arturo; CEDEUS (Chile)
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    Initial stages of erosion and bed form development in a turbulent flow around a cylindrical pier
    (2011) Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Sotiropoulos, Fotis
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    Investigation on tidal turbine arrays with a coupled DES-BEM model
    (2017) Gajardo Orellana, Daniel Ignacio; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Para desarrollar la energía de corrientes de marea es necesario comprender el efecto que las turbinas marinas tiene sobre su entorno y cómo estos dispositivos se desempeñan cuando son instalados en un arreglo. Esto requiere estudiar la hidrodinámica asociada a las turbinas marinas y sus estelas, con información detallada de las características del flujo. Sin embargo, han habido limitados estudios capaces de analizar múltiples dispositivos simultáneamente. En este estudio proponemos una metodología numérica que acopla Blade Element Momentum (BEM) con Detached-Eddy Simulation (DES) para simular arreglos de turbinas marinas y obtener información detallada del flujo promedio e instantáneo. Se simularon tres configuraciones de arreglos distintas utilizando datos de turbinas reales, utilizando resultados experimentales y numéricos para validar el modelo propuesto. Los resultados muestran buena correlación con perfiles de velocidad promedio y mediciones del desempeño de las turbinas. Se muestra que las estelas de turbinas ubicadas aguas abajo en el arreglo están caracterizadas por mayores niveles de turbulencia, enfrentando flujos dominados por estructuras coherentes de gran escala. Este flujo más complejo produce que turbinas aguas abajo tengan menores coeficientes de potencia y de empuje. Además, las medidas de desempeño y el efecto de corte sobre el fondo mostraron una fluctuación temporal considerablemente más importante en las filas posteriores de los arreglos estudiados. Estos resultados permiten comprender el comportamiento de turbinas en arreglos, y cómo su desempeño e impactos cambian cuando varios dispositivos operan simultáneamente. Se espera que la metodología validada sea utilizada para estudiar nuevos arreglos de turbinas y nuevos diseños de dispositivos, permitiendo avanzar en el desarrollo de la energía de corrientes de marea.
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    Lagrangian and Eulerian perspectives of turbulent transport mechanisms in a lateral cavity
    (2024) Barros, Magdalena; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo
    The dynamics of turbulent flows past lateral cavities is relevant for multiple environmental applications. In rivers and coastal environments, these lateral recirculating regions constitute surface storage zones, where large-scale turbulent coherent structures control the transport and fate of contaminants. Mass transport in these flows is typically represented by one-dimensional first-order equations that predict the evolution of the spatially integrated concentration between the cavity and the main channel. These models, however, cannot represent the long-term evolution of the concentration or incorporate memory effects induced by turbulence. In this investigation, we carry out large-eddy simulations (LES) of the open-channel flow with a lateral square cavity of Mignot et al. (Phys. Fluids, vol. 28, issue 4, 2016, 045104). The model is coupled with an advection–diffusion equation and a Lagrangian particle model to investigate the transport mechanisms in the cavity and across the interface. From the simulations we provide quantitative comparisons of the physical processes from both perspectives, and investigate the effects of turbulent coherent structures on residence times and trajectories from finite-time Lyapunov exponents. From the Lagrangian results, we identify general spatial distributions of time scales in the cavity associated with the dynamics of coherent structures, providing new insights into the mechanisms that drive the global transport. We also show that an upscaled model informed by LES and based on a fractional derivative captures the evolution of concentration, and the exchange between the cavity and the main channel, providing accurate predictions of mass transport and reproducing the temporal dependence observed at larger scales.
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    Lagrangian model of bed-load transport in turbulent junction flows
    (2011) Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Sotiropoulos, Fotis
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    Mathematical modeling of space-time variation in acoustic transmission and scattering from schools of swim bladder fish
    (2015) Raveau Morales, María Paz; Escauriaza Mesa, Cristián Rodrigo; Feuillade, Christopher; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    Se utiliza un enfoque de ecuaciones diferenciales acopladas para investigar las variaciones espaciales y temporales de la propagación acústica de cardúmenes y burbujas. Este método incorpora coherentemente las interacciones acústicas entre individuos. El presente trabajo consiste en tres secciones principales:(1) El modelo descrito es usado para investigar las propiedades acústicas de cardúmenes en la dirección de la onda incidente (dirección posterior). Se presentan los resultados de un análisis de datos de transmisión, obtenidos en 1995 durante un experimento realizado en el Golfo de Lion en el mar Mediterráneo. El presente análisis conduce a estimaciones significativamente mayores de abundancia de peces que el análisis anterior. (2)Este modelo también se compara con el enfoque del medio efectivo, ampliamente usado en problemas de dispersión acústica. La comparación teórica de los modelos muestra una buena concordancia cerca de la región de resonancia en la dirección posterior, donde los efectos de interferencia tienen un efecto mínimo.También se observa una buena concordancia en la dispersión de retorno para frecuencias bajas, donde la longitud de onda λ ≥ 4s, y s es la separación media entre vecinos más cercanos. La comparación con datos de baja frecuencia resulta igualmente buena para la dispersión posterior, mientras que en la dirección de retorno el método del medio efectivo diverge fuertemente para λ < 4s. (3) Se propone una solución en el dominio del tiempo para calcular la respuesta al impulso de una nube de burbujas en un medio compresible, incorporando los efectos de dispersión múltiple entre burbujas. Este método se basa en la teoría de perturbación y proporciona una solución aproximada, formulada mediante la adición de una perturbación a la descripción matemática de un problema exactamente soluble. El modelo se aplicó con éxito a las mediciones experimentales de una nube artificial de burbujas en un entorno de agua dulce de poca profundidad