Estudio del perfil de flujo a través de un vertedero lateral en un canal triangular mediante un modelo numérico
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Date
2024-09-16
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Volume Title
Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
Side weirs are implemented in irrigation and drainage systems as a means to divert excess water flow into relief channels. The calculation of the water surface profile over the side weir remains a topic of research, as a complete analysis of the governing flow equations is not possible due to the involved variables. Although numerous studies have been conducted on flow over a side weir in a rectangular channel, there is limited literature available on the flow behavior in side weirs in a triangular channel.
In this study, a Theoretical Method is derived for the dynamic equation of flow over a side weir in a triangular channel, based on the assumption of constant energy. The method is solved using numerical integration and graphically compared with the results of numerical simulations performed using the OpenFOAM software. The study focuses on the analysis of flow in the supercritical regime, for which inlet conditions are established, such as the slope of the channel bottom, which must be greater than the critical slope depending on the inlet flow rate. Five tests were conducted with different inlet flow rates, while maintaining the channel geometry, bottom slope, and Manning's roughness coefficient constant for all five cases. The results obtained showed small relative differences, indicating that the derived Theoretical Method is a good approximation of the flow profile behavior obtained through numerical simulation.
Resumen
Los vertederos laterales son implementados en sistemas de riego y drenaje, como medio para desviar excesos de flujo de agua hacia canales de alivio. El cálculo del perfil de la superficie de agua sobre el vertedero lateral sigue siendo tema de investigación, debido a que no es posible un análisis completo de las ecuaciones que gobiernan el flujo, por las variables que se ven involucradas. Aunque se han realizado numerosas investigaciones sobre el flujo sobre un vertedero lateral en un canal rectangular, existe poca literatura reportada del comportamiento del flujo en vertederos laterales en un canal triangular.
En este estudio, se obtiene un Método Teórico para la ecuación dinámica del flujo sobre un vertedero lateral en un canal triangular, a partir de la suposición de energía constante y se resuelve por medio de integración numérica, el cual se compara de forma gráfica con los resultados de simulaciones numéricas realizados en el software OpenFOAM. El estudio se centra en el análisis del flujo en régimen supercrítico, para el cual se establecen condiciones entrada como la pendiente del fondo del canal, que debe ser mayor a la pendiente critica dependiendo del caudal canal de entrada. Se realizaron cinco pruebas con diferentes caudales de entrada manteniendo la geometría del canal, la pendiente de fondo y el coeficiente de rugosidad de Manning iguales para los cinco casos. Los resultados obtenidos presentaron diferencias relativas pequeñas, lo que indica que el Método Teórico obtenido es una buena aproximación al comportamiento de perfil de flujo obtenido mediante simulación numérica.
Keywords
Ingeniería Civil, Hidráulica, Flujo de agua, Canales
Citation
Código de tesis
TI;1326
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Civil