| Revue: | Ingeniería. investigación y tecnología |
| Base de datos: | |
| Número de sistema: | 000537937 |
| ISSN: | 1405-7743 |
| Autores: | Monge Gapper, Juan Gabriel1 Serrano Pacheco, Alberto2 |
| Instituciones: | 1Universidad de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Mecánica, Costa Rica 2Universidad de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Civil, Costa Rica |
| Año: | 2023 |
| Periodo: | Ene-Mar |
| Volumen: | 24 |
| Número: | 1 |
| País: | México |
| Idioma: | Inglés |
| Resumen en español | Se presenta una implementación básica del método de hidrodinámica de partículas suavizadas con compresibilidad artificial (W-SPH) para modelar fenómenos de flujo de superficie libre, y se muestra su aplicación a tres casos de interés general. Estos casos de estudio son aproximaciones bidimensionales de dos tipos de problema hidráulico conocidos: Rotura de presa sobre lecho seco y rotura de presa sobre lecho húmedo, esta última con dos variantes de profundidad de lecho. Para todos los modelos, los resultados se compararon con los datos de los perfiles de frente de avance de experimentos para los que hay datos publicados. El modelo numérico convergió a una solución estable con configuraciones de resolución relativamente bajas (2000 a 20000 partículas) y se encontró una buena correlación con las referencias experimentales y numéricas, incluso sin la aplicación de algoritmos de corrección. Las oscilaciones numéricas en el campo de densidad produjeron pequeñas crestas y vórtices artificiales, pero no interfirieron demasiado con el comportamiento macroscópico del fluido, excepto por cierto retraso en la velocidad de las ondas superficiales. La elección de desarrollar un código fuente autónomo completamente original, aunque muy revelador, implica que el algoritmo de búsqueda de partículas vecinas utilizado incrementa considerablemente el costo computacional asociado. Según los cotejos con datos experimentales, se establecieron prioridades de optimización para el código fuente y se esbozaron algunas pautas para elegir la resolución del fluido y la densidad de frontera para casos futuros, donde los fenómenos de flujo sean similares a los estudiados. Además, la experiencia de escribir el código fuente SPH que se utilizó para resolver los modelos numéricos, muestra el camino para desarrollos futuros en el modelado de flujo de fluidos usando este método. |
| Resumen en inglés | A basic implementation of the weakly compressible smoothed particle hydrodynamics (W-SPH) method is used to model the open surface flow phenomena of three different cases of hydraulic problems. They were all two-dimensional approximations of known hydraulics problems: dam break over dry bed and dam break over wet bed with shallow and deep variants. For all models, the results were compared quantitatively with data from waterfront profiles from previously published experiments. A qualitative approach was used to assess the general profile shape comparing the numerical hydraulic profile results with published photographs of all setups shown. The numerical model converged to a stable solution with relatively low-resolution setups (2000 to 20000 particles) and a good correlation was found with the experimental and numerical references, even without the application of correction algorithms. Numerical oscillations in the density field did produce small artificial waves and vortices, but did not interfere with the behavior of the bulk of the fluid except for some delay in the speed of surface waves. The choice of developing an entirely original, self-contained source code, although very insightful, does mean that the neighboring particle search algorithm implemented considerably increases the associated computational cost. However, using this insight along with the basis of the comparison with experimental results, optimization priorities for the source code were found and some guidelines to choose fluid resolution and boundary density can be applied for future cases where the flow phenomena are similar to those studied. Also, the experience of writing the SPH source code that was used to solve the numerical models, shows the path for future developments on fluid flow modeling using this method. |
| Palabras clave: | Método de partículas, Rotura de presa, Modelo numérico, Lecho húmedo, Código fuente |
| Keyword: | Particle method, Dam break, Numerical model, Wet bed, Source code |
| Texte intégral: | Texto completo (Ver HTML) Texto completo (Ver PDF) |
