Simulación 3D de Flujo en Ríos con iRIC y Nays CUBE - Tutorial

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En este tutorial se modelará un río en particular, el cual contiene protecciones rivereñas, y como visualización final se empleará el solucionador NaysCUBE para la visualización de los vectores de fuerza en, este solucionador es empleado para estudiar efectos en 3D tales como corrientes secundarias y vórtices de herradura.

 

Acerca del Solucionador

Nays CUBE es un solucionador tridimensional del flujo del río y la deformación del lecho. La escala del ancho del río tiende a ser más grande que la profundidad. Debido a esta característica, ciertos fenómenos pueden reproducirse mediante la aplicación de la ecuación integral de profundidad para la aproximación de flujo superficial. El iRIC compila Nays-2D y Morpho-2D como los solucionadores que aplican el modelo de ecuación integral de profundidad. Sin embargo, hay flujos cuya estructura de flujo tridimensional predomina localmente sobre la estructura de flujo bidimensional, tales como flujos en estructuras, curvas de meandro y secciones compuestas. Dichos flujos, en algunos casos, no pueden ser reproducidos suficientemente por un solucionador bidimensional en términos de sus características de flujo y deformación del lecho. Los métodos de análisis que incorporan las características tridimensionales del flujo incluyen:

  • El uso de un modelo de profundidad integrada que tiene en cuenta la característica tridimensional del flujo (especialmente la corriente secundaria);
  • Uso de ecuaciones básicas de flujo tridimensional derivadas por aproximación de equilibrio hidrostático;
  • Uso de las ecuaciones básicas de flujo tridimensional que incorporan la presión dinámica del agua.

Sin embargo, la carga computacional de este solucionador es un orden mayor que el de Nays-2D. El solucionador es efectivo para reproducir fenómenos locales de ríos durante un corto período de tiempo, en lugar de reproducir una gran sección del río durante un largo período de tiempo. El cálculo procede transformando la complicada topografía tridimensional de un río en un espacio de cálculo del sistema de coordenadas rectangulares.

 

Características del escenario.

El presente caso de estudio se basa en un río, el cual contiene defensas ribereñas para proteger la zona agrícola e industrial presente en la zona, a la vez la zona a modelar consiste en un único meandro, en el cual se buscan visualizar las magnitudes de velocidad a lo largo de esta curva y posteriormente evaluar las fuerzas ejercidas sobre él.

 

Condiciones Iniciales del modelo

Se tiene una geometría en formato “.riv” que abarca las extensiones rivereñas más una pequeña porción más allá de la defensa ribereña, por lo que se tiene que tratar esta información para que no tenga errores numéricos por un desnivel pequeño que desbordaría la grilla creada, además se dividirá la grilla en 4 partes iguales para el margen derecho e izquierdo, teniendo divisiones transversales totales equivalentes a 8 porciones, la descarga consistirá en 2000, este será el valor único representando un valor elevado para la simulación y se tomará un valor de rugosidad general para todo el modelo equivalente a 0.03 para todas las zonas de rugosidad, tanto para lecho como paredes del lecho, posteriormente se hacen configuraciones de tiempo computacional y también se pueden colocar obstáculos, la ventaja de este solucionador es que podemos poner los obstáculos en cualquier parte del eje z, siendo estos no necesariamente uniformes.

 

Tutorial

 

Consideraciones

Al tratarse de un modelo en 3D hay que tener muy en cuenta todas las características del modelo, ya que implica mayor manejo de las ecuaciones responsables del fenómeno de flujo y también mayor complejidad para la introducción de variables físicas o también la inclusión de otros modelos que apoyen la solución final, en este ejercicio se debe observar que es algo básico, el cual puede servir como base para nuevos estudios. El principal uso de estos modelos en 3D es el de análisis que requieran mucha complejidad, por lo que se pueden hacer modelos que abarquen gran área, pero el problema es que el modelo requerirá mayor cantidad de datos por lo que será más complejo, o el modelo será simple pero no representará completamente la realidad de la zona, depende de la calidad del estudio que se requiera y de las variables de interés.

 

Datos de entrada

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Posted on August 23, 2018 and filed under TutorialHidrologia.