Comprobación de diseño y simulación hidráulica de un cárcamo para recolección pluvial, mediante el uso de openfoam

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Resumen

The purpose of this research is to evaluate the sensitivity of the mathematical model in OpenFoam, for the simulation of a multiphase flow over a rainwater collection channel. For this reason, a practice is carried out in the hydraulics laboratory of the El Porvenir headquarters of the Universidad Distrital Francisco José De Caldas, where the formation of the profiles S1, M1, S3, and M3 of gradually varied flow is determined, with the estimation of the critical slope, the normal tight and the critical height of the flow. Consequently, representative geometries are constructed for each profile mentioned and the cases (named: M1, M3, S1 and S3) are calibrated with the velocity measurements taken in the experimental practice. Thus, the generation of the computational mesh is evaluated in terms of stability and accuracy in the models, given the Courant number and the Alpha Water term, where, the efficiency of the simulation is demonstrated by using a locally refined mesh. On the other hand, two verification cases are developed for the respective S3 and M3 profiles, using the k-epsilon turbulence model, with significant differences in the streamlines with respect to the base cases. Afterwards, each case was statistically contrasted with the corresponding profile it represents, being the only case that did not represent a statistically significant difference the simulated M1 model, in contrast, with the experimental M1 model, with a certainty of 90%. From this, it is inferred that a further deepening of the terms that compose the configuration in OpenFoam is required, in order to test and propose specific solutions according to these particular cases. In addition, it is mentioned that the uncertainty presented by tools such as the limnimeter, used in the experimental practice, leads to errors in the measurements and, therefore, in the results. Finally, support material for future proposals in the area of computational fluid mechanics is offered, and the potential of OpenFoam software to represent the behavior of multiphase flows is presented.

Descripción

El propósito de esta investigación es evaluar la sensibilidad del modelo matemático en OpenFoam, para la simulación de un flujos multifásico sobre un Canal de recolección pluvial. Es por esto que, se realiza una práctica en el laboratorio de hidráulica de la sede el Porvenir en la universidad Distrital Francisco José De Caldas, donde se determina la formación de los perfiles S1, M1, S3, y M3 de flujo gradualmente variado, con la estimación de la pendiente critica, del tirante normal y la altura crítica del flujo. Por Consiguiente, se construyen las geometrías representativas para cada perfil mencionado y se calibran los casos (Nombrados: M1, M3 , S1 y S3) con las medidas de velocidad tomadas en la práctica experimental. Así, se evalúa la generación de la malla computacional en función de la estabilidad y precisión en los modelos, dado el número de Courant y el término Alpha Water, donde, se demuestra la eficiencia de la simulación al emplear una malla refinada localmente. Por otro lado, se desarrollan dos casos de verificación para los respectivos perfiles S3 y M3, que emplean el modelo de turbulencia k-epsilon, con significativas diferencias en las líneas de flujo respecto a los casos base. Después, se contrastada cada caso estadísticamente con el correspondiente perfil que representa, siendo el único caso que no representó una diferencia estadísticamente significativa el modelo M1 simulado, en contraste, con el modelo M1 experimental, ello con una certeza del 90%. De esto se infiere que, se requiere una mayor profundización de los términos que componen la configuración en OpenFoam, a modo que se ensayen y propongan soluciones específicas en función de estos casos particulares. Además, se menciona que la incertidumbre que presentan herramientas como el limnímetro, empleado en la práctica experimental, conduce a errores en las mediciones y ,por ende, en los resultados. Finalmente, se ofrece el material de apoyo para futuras propuestas en el área de la mecánica de fluidos computacional, y se expone el potencial del software OpenFoam para representar el comportamiento de flujos multifásicos.

Palabras clave

Openfoam, Simulación, Malla computacional, Modelo de turbulencia, Flujo gradualmente variado, Eficiencia, Mecánica de fluidos computacional

Materias

Tecnología en Saneamiento Ambiental - Tesis y Disertaciones Académicas , Mètodos de simulaciòn , OpenFoam (Programa para computador) , Càrcamo de bombeo , Mecànica de fluidos

Citación