Modelación hidrodinámica bi y tridimensional de dos canales con disipador de energía del laboratorio de la Escuela Colombiana de Ingeniería utilizando ANSYS FLUENT

El presente estudio trata de la modelación de la dinámica de fluidos computacional (CFD por sus siglas en ingles) de dos estructuras hidráulicas. La primera parte de la modelación corresponde al canal llamado “ECI No. 2”, el cual contiene una estructura de transición llamada “disipador de energía”, donde se modeló el perfil de lámina de agua con el modelo 1D de Runge Kutta y la herramienta de simulación dinámica computacional ANSYS FLUENT 2D y 3D. Se utilizó el modelo de volumen de fluidos VOF para modelar la interfase de las fases agua y aire. El modelo utilizado para modelar flujo turbulento es el “Baseline (BSL) k-w” en flujo permanente. Se tuvieron en cuenta otros submodelos de discretización para resolver las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento. Los resultados fueron comparados y analizados con mediciones realizadas en el modelo físico para una serie de caudales en la sección central longitudinal del canal, ejecutando actividades de verificación y validación. Se eligió los modelos 1D y 2D como la representación de un caso ideal (sin contemplar flujos en dirección transversal) y los modelos en 3D como los mejores por su representación más aceptable a la realidad. Además, se realizaron análisis complementarios a modelaciones de dos topologías a las cuales no se pudieron medir (canal sin disipador de energía y sin rampa, canal con disipador de energía y sin rampa), realizando modelaciones comparativas de alturas de lámina de agua, energía mecánica, simetría del flujo (distribución de flujos primarios y secundarios, coeficiente de fricción y líneas de corriente) y distribución de la velocidad y presión. La segunda parte de la modelación corresponde al canal llamado “ECI No. 1”, el cual cuenta con un tanque de amortiguamiento y un canal rectangular con un vertedero aguas abajo. Esta estructura hidráulica fue modelada en flujo no permanente por primera vez por Arenas Amado (2002) con modelos 1D en flujo no permanente y comparados con mediciones de presión registradas por transductores. Esta información fue utilizada para el presente estudio para modelar con ANSYS FLUENT 2D utilizando el modelo VOF y el modelo de turbulencia “k-e Realizable”. Se realizó comparaciones con los datos medidos y modelados con el método de las características explícitas en el estudio de referencia. En el análisis de resultados se encontró similitudes al comparar con los resultados de la presión estática, pero con mejores resultados al compararlos con los resultados del nivel de agua modelado con ANSYS FLUENT. Adicionalmente, se realizó un análisis del transductor cercano al vertedero con respecto a la distribución de la presión desde el punto de vista teórico y los resultados de las modelaciones, encontrando que los registros de este transductor no representan el nivel de la lámina de agua.

• Autores: Mora Uscátegui, Jorge Alejandro
• Fecha de publicación: 2017
• Institución: Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito
• Repositorio: Repositorio Institucional ECI
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.escuelaing.edu.co:001/531
• Acceso en línea: http://catalogo-intra.escuelaing.edu.co/cgi-bin/koha/catalogue/detail.pl?biblionumber=19909; https://repositorio.escuelaing.edu.co/handle/001/531
• Palabra clave: Modelación numérica 2D y 3D; Canal a superficie libre; Disipador de energía; Dinámica de fluidos computacional; ANSYS FLUENT; Numerical modeling 2D and 3D; Free surface channel; Energy dissipator; Computational fluid dynamics; ANSYS FLUENT
• Rights: openAccess
• License: Derechos Reservados - Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito