On the dynamics of Görtler vortices over a concave sand bed
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2011
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Abstract
Los procesos de erosión y transporte de sedimentos en cauces naturales ocurren generalmente en geometrías arbitrarias y complejas, y en flujos turbulentos a altos números de Reynolds. Estructuras coherentes que emergen de inestabilidades de escalas mayores pueden cumplir un rol fundamental en el transporte, y en muchos casos constituyen el principal mecanismo de transporte de fondo y socavación en condiciones de no equilibrio. Las experiencias recientes de Hopfinger et al. (2004) y Albayrak et al. (2008) han demostrado que vórtices de Görtler en el sentido del flujo tienen un considerable impacto en las tasas de transporte de sedimentos y en la socavación producida por un flujo tipo jet de pared, aguas abajo de una compuerta plana.
Vórtices de Görtler se producen en un estado avanzado de de socavación debido a la curvatura cóncava del lecho dentro de la zona de socavación. La interacción de estos vórtices con el fondo incremetan los esfuerzos de corte e intensifican el transporte de fondo. Para comprender de mejor forma la relación entre estructuras coherentes y transporte de sedimentos, realizamos simulaciones DES ("detached-eddy simulations") del flujo estudiado por Albayrak et al. (2008).
Reproducimos la configuración original de los experimentos mediante la discretización del dominio, utilizando una grilla con coordenadas curvilíneas generalizadas con un total de 9.7 millones de nodos. Nuestras simulaciones son capaces de resolver las estructuras coherentes del flujo a número de Reynolds igual a Re = 156; 200, y además capturan la dinámica de los vórtices de Görtler dentro de la zona de socavación. El modelo no solo reproduce el flujo no permanente, sino que además las características dinámicas de los esfuerzos de corte inducidos por los vórtices de Görtler, responsables de las líneas de surcos que aparecen en el lecho. Con estos resultados, el modelo puede servir como una herramienta poderosa para predecir el transporte de sedimento y la socavación bajo condiciones de no equilibrio.
Vórtices de Görtler se producen en un estado avanzado de de socavación debido a la curvatura cóncava del lecho dentro de la zona de socavación. La interacción de estos vórtices con el fondo incremetan los esfuerzos de corte e intensifican el transporte de fondo. Para comprender de mejor forma la relación entre estructuras coherentes y transporte de sedimentos, realizamos simulaciones DES ("detached-eddy simulations") del flujo estudiado por Albayrak et al. (2008).
Reproducimos la configuración original de los experimentos mediante la discretización del dominio, utilizando una grilla con coordenadas curvilíneas generalizadas con un total de 9.7 millones de nodos. Nuestras simulaciones son capaces de resolver las estructuras coherentes del flujo a número de Reynolds igual a Re = 156; 200, y además capturan la dinámica de los vórtices de Görtler dentro de la zona de socavación. El modelo no solo reproduce el flujo no permanente, sino que además las características dinámicas de los esfuerzos de corte inducidos por los vórtices de Görtler, responsables de las líneas de surcos que aparecen en el lecho. Con estos resultados, el modelo puede servir como una herramienta poderosa para predecir el transporte de sedimento y la socavación bajo condiciones de no equilibrio.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011