Desarrollando una Aproximación de un Lecho de Río de Grava Natural y Áspero Tanto Física como Numéricamente
Autores: Stubbs, Alex; Stoesser, Thorsten; Bockelmann-Evans, Bettina
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 4
Citaciones: Sin citaciones
Los flujos turbulentos cerca de la cama y del espacio de poros están comenzando a ser comprendidos utilizando nuevas tecnologías y avances en simulaciones numéricas directas (DNS) y técnicas de simulación de grandes remolinos (LES). Sin embargo, la geometría del lecho del río que se utiliza en muchos estudios computacionales sigue siendo excesivamente simplista. Así, este estudio presenta el desarrollo de una representación artificial de una matriz de lecho de grava, y la evaluación de cuán bien se aproxima a un lecho de río natural. Se fabricó un modelo físico de una matriz de lecho de grava que tenía 120 mm de profundidad, 300 mm de ancho y 2.048 m de largo, hecho de acrílico fundido. Además, se creó una aproximación numérica del modelo físico que se utilizó para el análisis. Se encontró que la matriz de poros del lecho de río artificial era comparable a la de un lecho de grava natural en términos de su porosidad y relación de vacíos. Se observó que los diámetros de las partículas de superficie del lecho de río artificial variaban menos, con menos irregularidades, que los encontrados en lechos de grava naturales; sin embargo, estaban distribuidos normalmente de manera similar a los lechos de río naturales. Una función de densidad espectral de potencia mostró que el lecho de río artificial exhibía un grado de rugosidad mucho menor que el encontrado en la naturaleza. Por lo tanto, la resistencia hidráulica y el factor de fricción serán ambos más bajos de lo deseado. Estos hallazgos sugieren que los métodos novedosos que se han desarrollado en este estudio pueden ofrecer tanto la aproximación física como numérica de una superficie de lecho de grava que es comparable a un lecho de río de grava natural con baja rugosidad superficial, menor variación en el tamaño de las partículas y distribución y porosidad típicas de las partículas.
Descripción
Los flujos turbulentos cerca de la cama y del espacio de poros están comenzando a ser comprendidos utilizando nuevas tecnologías y avances en simulaciones numéricas directas (DNS) y técnicas de simulación de grandes remolinos (LES). Sin embargo, la geometría del lecho del río que se utiliza en muchos estudios computacionales sigue siendo excesivamente simplista. Así, este estudio presenta el desarrollo de una representación artificial de una matriz de lecho de grava, y la evaluación de cuán bien se aproxima a un lecho de río natural. Se fabricó un modelo físico de una matriz de lecho de grava que tenía 120 mm de profundidad, 300 mm de ancho y 2.048 m de largo, hecho de acrílico fundido. Además, se creó una aproximación numérica del modelo físico que se utilizó para el análisis. Se encontró que la matriz de poros del lecho de río artificial era comparable a la de un lecho de grava natural en términos de su porosidad y relación de vacíos. Se observó que los diámetros de las partículas de superficie del lecho de río artificial variaban menos, con menos irregularidades, que los encontrados en lechos de grava naturales; sin embargo, estaban distribuidos normalmente de manera similar a los lechos de río naturales. Una función de densidad espectral de potencia mostró que el lecho de río artificial exhibía un grado de rugosidad mucho menor que el encontrado en la naturaleza. Por lo tanto, la resistencia hidráulica y el factor de fricción serán ambos más bajos de lo deseado. Estos hallazgos sugieren que los métodos novedosos que se han desarrollado en este estudio pueden ofrecer tanto la aproximación física como numérica de una superficie de lecho de grava que es comparable a un lecho de río de grava natural con baja rugosidad superficial, menor variación en el tamaño de las partículas y distribución y porosidad típicas de las partículas.