Surf zone boundary layer and 2D large scale hydrodynamics /
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Date
2014
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Abstract
Este trabajo trata de los procesos hidrodinámicos en la zona litoral, de grande importancia para la dinámica global del flujo costero y la morfodinámica de la costa en particular. Dos temas principales son estudiados. El primero trata de la capa límite oscilante provocada por la interacción entre el oleaje y el fondo al acercarse a la costa. El segundo tema trata de la evolución de la circulación y la vorticidad inducida por la batimetría y/o el oleaje. Estos dos temas tienen escalas de tiempo y espacio distintas, pero son ambos importantes para entender los procesos hidrodinámicos a lo largo de la costa. Un modelo de capa límite turbulenta ha sido elaborado y validado para analizar la evolución de la capa límite oscilante bajo la influencia de oleaje no-lineal, apoyándose en una modelación física, con un oleaje bicromático, realizada en el canal de olas del LEGI con un sedimento ligero para respetar las similitudes de Rouse y Shields. Los perfiles instantáneas de velocidad y posición del fondo fijo obtenidos por mediciones acústicas, permiten definir la evolución de las no-linealidades inducidas por las olas dentro de la capa límite. El modelo numérico acoplado a una modelación del movimiento del fondo móvil es capaz de reproducir la evolución de estas no-linealidades, una asimetría en velocidad de las olas llevando a una disimetría dentro de la capa límite, así como una relación lineal entre estos dos términos. El modelo explica también que la difusión vertical observada experimentalmente es principalmente debida al movimiento vertical del fondo inducido por el oleaje.
El estudio de la circulación y de la vorticidad en zonas costeras se hace mediante un modelo numérico 2D promediado en la vertical de tipo Shallow Water que es validado con los datos de una experiencia llevada a cabo en la piscina de olas del Laboratoire Hydraulique de France (ARTELIA) con un lecho móvil. La formación de corrientes rip se realiza a través de frentes de olas con un déficit de energía en el medio de la piscina. El modelo numérico es validado con mediciones de superficie libre, de velocidades, y de circulación y vorticidad por medio de drifters Lagrangianos. Utilizando la ecuación de vortcidad potencial como herramienta de diagnóstico, con un oleaje monocromático se predice un equilibrio entre la generación de vorticidad y su advección por las corrientes. Con un oleaje bicromático se ven también que la vorticidad evoluciona con el grupo de olas y que se llega a un estado de equilibrio con períodos de grupos grandes.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014