Contraste numérico-experimental de un modelo matemático que simula el movimiento del flujo en condiciones de aguas someras incluyendo las pérdidas de energía

Abstract

En este trabajo se efectua una comparacion entre los resultados obtenidos en experimentos de laboratorio y aquellos calculados mediante una simulacion numerica del movimiento de aguas someras en un canal abierto, considerando las perdidas de energia que tienen lugar a su paso por un estrechamiento localizado. El modelo matematico que simula dicho fenomeno fisico se rige mediante un sistema de ecuaciones en derivadas parciales cuya solucion proporciona el calado (profundidad del agua) y el caudal por unidad de ancho, el cual esta relacionado con la velocidad del agua. Dicho movimiento, esta controlado basicamente por la fuerza de la gravedad siendo fundamental la relacion entre esta y las fuerzas inerciales. En el presente estudio se han tenido tambien en cuenta las perdidas de energia originadas por la friccion del agua con los contornos asi como las perdidas locales por obstaculos o cambios de ancho. Para obtener las soluciones de dicho modelo se ha usado un esquema numerico basado en el metodo de volumenes finitos de alta resolucion. Se han efectuado dos tipos de ensayos en un canal de laboratorio. Los del primer tipo representan una transicion en regimen lento, aguas arriba y aguas abajo de un estrechamiento en el canal. Los del segundo tipo representan un regimen lento aguas arriba, un estrechamiento que funciona como control (cambio de regimen) y un regimen rapido aguas abajo. La comparativa numerico-experimental demuestra la importancia de modelizar adecuadamente los distintos fenomenos fisicos que intervienen en el proceso, asi como la correcta imposicion de las condiciones de contorno del problema.