Aplicación de la hidrodinámica suavizada de partículas a la simulación de flujos hidráulicos turbulentos = Application of smoothed particle hydrodynamics to simulation of hydraulic turbulent flows

Marivela Colmenarejo, Roberto (2016). Aplicación de la hidrodinámica suavizada de partículas a la simulación de flujos hidráulicos turbulentos = Application of smoothed particle hydrodynamics to simulation of hydraulic turbulent flows. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Montes (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.39413.

Description

Title: Aplicación de la hidrodinámica suavizada de partículas a la simulación de flujos hidráulicos turbulentos = Application of smoothed particle hydrodynamics to simulation of hydraulic turbulent flows
Author/s:
  • Marivela Colmenarejo, Roberto
Contributor/s:
  • García Rodríguez, José Luis
  • López Gómez, David
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2016
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Montes (UPM)
Department: Ingeniería y Gestión Forestal y Ambiental
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La aplicación de métodos numéricos a la simulación hidrodinámica de fluidos se ha visto incrementada gracias al desarrollo y accesibilidad de máquinas de cálculo y técnicas informáticas. Esto permite que métodos que demandan altos recursos computacionales, como el SPH, se hagan cada vez más populares y asequibles a comunidades empresariales o investigadoras. Es por esto que resulta importante comprobar su idoneidad en situaciones de cálculo límite, esto es cuando el flujo presenta bruscos cambios de velocidad y/o caudal, los cuales, pueden generar inestabilidades en el proceso de cálculo. Con este fin, simulaciones numéricas de dos casos hidrodinámicos complejos se realizan en esta tesis. La primera es la simulación de un resalto hidráulico en régimen variable, en la cual, se implementa una modificación de la viscosidad artificial que permite ajustar los resultados de la simulación a los de la modelización física. En lugar de mantener constante la viscosidad artificial para todas las partículas y durante toda la simulación, esta mejora consiste, básicamente, en aportar una viscosidad artificial a cada partícula y en cada paso de tiempo en función de su vorticidad. Una segunda investigación se ha realizado sobre la evolución de propiedades físicas de olas rompientes durante su proceso de inundación en una playa de alta pendiente. Este trabajo se ha llevado a cabo bajo distintas configuraciones de macro rugosidad que simulan rodales costeros de vegetación. Se concluye que las distintas disposiciones de rugosidad modifican el patrón de flujo de la inundación a través y entre los rodales, pero tienen una escasa relevancia en la extensión de la inundación, menor del 3%, en comparación con la configuración de control o sin rugosidad. Conclusiones y experiencias de las anteriores investigaciones se consideran en la tercera. Ésta se centra en la simulación de otro caso de compleja hidrodinámica donde se presentan altas turbulencias. Este caso trata sobre ondas solitarias de oleaje con el fin de obtener su capacidad destructiva antes, durante y después de su proceso de rotura. En este estudio se incorpora un método eficiente de obtención de datos de la simulación y aporta un mayor conocimiento del proceso complejo de rotura. Se concluye que el promediado del momento de flujo y de energía cinética deber ser analizados simultánea y separadamente para entender su capacidad destructiva. ABSTRACT The advance of the application of numerical methods on fluid hydrodynamic simulation has been increased thanks to the development and accessibility of powerful computer and computational techniques. This allows that methods that require high computational resources, suck SPH, become increasingly popular and affordable to business and research communities. Therefore it is important to check its suitability in extreme situations. This occurs when the flow experiments sudden speed and/or discharge changes which can generate instability in the calculation process. For this purpose, hydrodynamic numerical simulations of two complex cases are carried out in this thesis. The first one is the simulation of a hydraulic jump in unsteady regime where, a modification of the artificial viscosity is implemented to adjust the simulation results to those of physical modeling. Instead of keeping the artificial viscosity constant for all particles and throughout the whole simulation, this improvement is based on providing an artificial viscosity to each particle and at each time step depending on its vorticity. A second investigation is carried out on the evolution of physical properties of breaking waves during the runup process on a high slope beach with different roughness configurations, which represent coastal vegetation. We conclude that the different roughness configurations modify the flow pattern through and between the patches but, have little relevance to the total runup, less than 3%, compared to the control scenario. Conclusions and experiences of the previous works are considered in the third one. This following research focuses on another complex hydrodynamic simulation where high turbulence are presented. This case is about solitary breaking waves in order to obtain its destructive capacity before, during and after the breaking process. In this study an efficient method of obtaining data from the simulation is presented which provides a greater understanding of the complex process of breaking concluding, that the averaged flow momentum and kinetic energy must be analyzed simultaneously and separately to understand the destructive capacity.

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Item ID: 39413
DC Identifier: http://oa.upm.es/39413/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:39413
DOI: 10.20868/UPM.thesis.39413
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 29 Feb 2016 09:30
Last Modified: 30 May 2019 06:55
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