Detección de vórtices en dársenas de bombeo mediante modelación matemática

El trabajo tiene como finalidad verificar la capacidad de un modelo matemático comercial de fluidodinámica computacional (CFD) para predecir la formación de vórtices en una dársena de bombeo. Se propone identificar vórtices de distinto origen e intensidad en una dársena de bombeo de geometría sencilla, de la cual se cuenta con resultados experimentales de las mismas condiciones de operación. Las velocidades calculadas muestran tendencias y magnitudes similares a las medidas, mientras que los valores máximos de vorticidad calculados resultan varios órdenes mayores que los medidos, lo cual se explica por las características de la medición en modelo físico. La modelación predice la presencia de vórtices superficiales cuya ocurrencia fue detectada en el modelo físico de referencia, pero además detecta vórtices de pared y de fondo que no fueron registrados en el trabajo de referencia. La representación de la vorticidad total, expresada por su valor absoluto, y seleccionada como superficie equipotencial, resulta ser una herramienta de visualización muy útil para realizar un seguimiento de la ubicación, trayectoria y variación temporal de los vórtices concentrados.The present work is aimed at verifying the ability of a commercial computational fluid dynamic (CFD) mathematical model to predict the formation of vortices in a pump basin. It was intended to identify vortices of diverse origin and intensity in a geometrically simple pump basin of which experimental results under the same operating conditions are known. Calculated velocities correlate well to trends and magnitudes of measured ones, whereas the maximum values of vorticity calculated are several orders of magnitude higher than those measured, which is explained by the characteristics of measurement in the physical model. Model results predict the presence of surface vortices which were seen in the reference physical model, but also wall vortices and bottom vortices which were not reported in the reference work under the same working conditions. For lower submergences, the presence of the bottom vortex in the physical model is inferred from the cavitation of its core. The representation of total vorticity, in terms of its absolute value, and selected as an equipotential surface, may turn into a very useful tool to visualize and follow the actual location, trajectory and time variation of concentrated vortices.Facultad de Ingenierí

Modelación matemática aplicada al estudio de estaciones de bombeo

El trabajo se basó en la correspondencia de la ubicación y estructura de distintos tipos de vórtices visualizados sobre un modelo físico con las vorticidades que pudieran ser identificadas en la modelación de CFD. La construcción y operación del modelo físico estuvo a cargo del grupo de trabajo de Jun Matsui en Japón. Así mediante el software comercial FLOW-3D se simularon las mismas condiciones de ensayo utilizadas en el modelo físico, para luego ver si los vórtices que se identificaron se representaban satisfactoriamente mediante este modelo matemático.Facultad de Ingenierí

Physical Modeling and CFD Comparison: Case Study of a Hydro-Combined Power Station in Spillway Mode

ABSTRACT: This study presents comparisons between the results of a commercial CFD code and physical model measurements. The case study is a hydro-combined power station operating in spillway mode for a given scenario. Two turbulence models and two scales are implemented to identify the capabilities and limitations of each approach and to determine the selection criteria for CFD modeling for this kind of structure. The main flow characteristics are considered for analysis, but the focus is on a fluctuating frequency phenomenon for accurate quantitative comparisons. Acceptable representations of the general hydraulic functioning are found in all approaches, according to physical modeling. The k-ε RNG, and LES models give good representation of the discharge flow, mean water depths, and mean pressures for engineering purposes. The k-ε RNG is not able to characterize fluctuating phenomena at a model scale but does at a prototype scale. The LES is capable of identifying the dominant frequency at both prototype and model scales. A prototype-scale approach is recommended for the numerical modeling to obtain a better representation of fluctuating pressures for both turbulence models, with the complement of physical modeling for the ultimate design of the hydraulic structures

Comparación de simulaciones en CFD y modelación física de una central hidrocombinada

En los últimos años, los modelos CFD (Computational Fluid Dynamics) han evolucionado hasta convertirse en una alternativa viable a la modelación física en los procesos de diseño hidráulico y optimización. No obstante, el empleo de estos modelos requiere de observación y análisis crítico para poder obtener resultados confiables al estudiar cambios de diseño. En este sentido, este artículo pretende contribuir al análisis de la comparación de los resultados obtenidos por medio de una u otra modalidad de modelación, y evaluar las similitudes y diferencias encontradas, a fin de corroborar si la confiabilidad de la herramienta numérica está justificada. El trabajo muestra los resultados de la modelación física y matemática de una central hidrocombinada funcionando en el modo de vertedero. Sendos resultados se sometieron luego a la comparación cuantitativa y cualitativa de las variables clave, tales como la elevación de la superficie libre, la presión en puntos selectos del contorno hidráulico, y la amplitud y frecuencia de las fluctuaciones de presión del escurrimiento, así como su comportamiento general.During the last years, CFD models have turned into a valuable alternative to physical modeling when applied to hydraulic design and optimization processes. However, observation and critical analysis should be exercised in order to use their results with confidence when dealing with hydraulic design changes. The present work is thus intended to contribute to the analysis of the relative performance of either approach and evaluate similarities and differences found, with the aim of corroborating if the reliability on numerical tools is actually warranted. This work shows the results of physical and mathematical modeling of a hydrocombined plant when working in spillway mode. Both sets of results (including key parameters such as the height of the free surface, pressure at selected points of the hydraulic contour, and frequency of the flow fluctuations, as well as the general flow patterns) were then subjected to quantitative and qualitative comparison.Facultad de Ingeniería (FI

Comparación de simulaciones en CFD y modelación física de una central hidrocombinada

En los últimos años, los modelos CFD (Computational Fluid Dynamics) han evolucionado hasta convertirse en una alternativa viable a la modelación física en los procesos de diseño hidráulico y optimización. No obstante, el empleo de estos modelos requiere de observación y análisis crítico para poder obtener resultados confiables al estudiar cambios de diseño. En este sentido, este artículo pretende contribuir al análisis de la comparación de los resultados obtenidos por medio de una u otra modalidad de modelación, y evaluar las similitudes y diferencias encontradas, a fin de corroborar si la confiabilidad de la herramienta numérica está justificada. El trabajo muestra los resultados de la modelación física y matemática de una central hidrocombinada funcionando en el modo de vertedero. Sendos resultados se sometieron luego a la comparación cuantitativa y cualitativa de las variables clave, tales como la elevación de la superficie libre, la presión en puntos selectos del contorno hidráulico, y la amplitud y frecuencia de las fluctuaciones de presión del escurrimiento, así como su comportamiento general.During the last years, CFD models have turned into a valuable alternative to physical modeling when applied to hydraulic design and optimization processes. However, observation and critical analysis should be exercised in order to use their results with confidence when dealing with hydraulic design changes. The present work is thus intended to contribute to the analysis of the relative performance of either approach and evaluate similarities and differences found, with the aim of corroborating if the reliability on numerical tools is actually warranted. This work shows the results of physical and mathematical modeling of a hydrocombined plant when working in spillway mode. Both sets of results (including key parameters such as the height of the free surface, pressure at selected points of the hydraulic contour, and frequency of the flow fluctuations, as well as the general flow patterns) were then subjected to quantitative and qualitative comparison.Facultad de Ingeniería (FI

Data underlying the research of Bank erosion processes in regulated navigable rivers

This data set contains field measurements of ship waves and topography of a riverbank of the Meuse river in the Netherlands. It was used to study bank erosion processes in navigable rivers (search for the related publication). The methods used are structure from motion photogrammetry with UAV aerial photos, RTK-GPS, aerial photos for bankline delineation, and Acoustic Doppler velocimeter (ADV) to measure ship waves. The data also include simulated bank profiles from a model developed to predict bank retreat produced by ship waves. Finally, there is a video showing typical ship-induced waves at the location of the surveys

Numerical study on river bar response to spatial variations of channel width

International audienc