Modelado Computacional de Dinámica de Fluidos de Flujos en Aliviaderos de Canal

Abstract

RESUMEN Esta tesis tiene el objetivo de evaluar y desarrollar modelos numéricos eficientes para la simulación de flujos aireados en aliviaderos, con aplicación a la investigación y a la ingeniería práctica. Utilizando el software OpenFOAM®, se ha desarrollado un modelo eficiente para flujos aireados para su uso en ingeniería. Las RANS y el método VOF se han acoplado a un modelo Sub-grid bubble population. Se ha realizado una evaluación exhaustiva de la eficacia, el coste computacional y la fiabilidad, incluso un análisis detallado de sensibilidad de los parámetros del modelo. Además, en un aireador de fondo en un aliviadero, el Two-Phase VOF se compara con el Complete Two-Phase Euler que ha demostrado eficiente en relación coste-beneficio y un valor extremo en los flujos aireados. En el final, se han demostrado las ventajas de un enfoque integrado del Two-Phase VOF con un modelo físico para evaluar dos aliviaderos en una presa real.

ABSTRACT The PhD research aimed the assessment and development of efficient numerical models for spillway chutes aerated flows in research and practical engineering. Using the OpenFOAM®, the Two-Phase VOF (2P-VOF) solver of the RANS equations is coupled with a Sub-grid bubble population model. A comprehensive assessment of the effectiveness, computational cost, and reliability is performed, including calibration and a detailed sensitivity analysis of the model’s parameters. Good accuracy is found, meeting engineering standards, with marginal additional computation costs. Calibration is straightforward in self-aeration but more difficult for local aeration. Furthermore, in a spillway offset aerator, the 2P-VOF is compared with the Complete Two-Phase Euler RANS solver, which demonstrated an efficient cost-benefit performance and extreme value in spillway aerated flows. Finally, the benefits and efficiency gains of an integrated approach of the 2P-VOF with a physical model to analyse the operation of a real dam spillways are demonstrated.