Estudio del perfil de flujo a través de un vertedero lateral en canal rectangular mediante modelo numérico
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Date
2024-09-18
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Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
The present study proposes the analysis of the flow profile in a rectangular section channel with the presence of a lateral weir through the application of a numerical model. Firstly, the flow profile was estimated in a conventional theoretical way with the implementation of the fourth order Runge-Kutta method to solve the differential equation of spatially varied flow profile with decreasing flow and secondly, the flow profile was obtained with the numerical model, applying computational fluid dynamics (CFD) simulations for which the OpenFOAM software was used. Three case studies were modeled by varying the flow rate at the channel inlet. The fourth order Runge-Kutta method was used to validate the results. The results show a maximum variation of 4.89% with respect to the conventional method, which can be considered acceptable in hydraulic simulations. A comparative analysis was made between the methodologies for calculating the profile through the weir, where it was concluded that the theoretical equations are better adjusted to the real flow in the channel in areas without turbulence. However, they present greater differences with respect to the numerical simulation due to the simplifications to obtain the differential equation of flow through the weir.
Resumen
El presente estudio plantea el análisis del perfil de flujo en un canal de sección rectangular con la presencia de un vertedero lateral mediante la aplicación de un modelo numérico. En primer lugar, se estimó el perfil de flujo de manera teórico convencional con la implementación del método de Runge-Kutta de cuarto orden para resolver la ecuación diferencial de perfil de flujo espacialmente variado con caudal decreciente y en segundo lugar se obtuvo el perfil de flujo con el modelo numérico, aplicando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para el cual se utilizó el software OpenFOAM. Se modelaron 3 casos de estudio variando el caudal en la entrada del canal. Para la validación de resultados se utilizó el método de Runge-Kutta de cuarto orden. Los resultados muestran una variación máxima de 4.89% respecto al método convencional, lo cuál puede ser considerado aceptable en simulaciones hidráulicas. Se realizó un análisis comparativo entre las metodologías de cálculo del perfil a través del vertedero, donde se concluye que las ecuaciones teóricas se ajustan mejor al flujo real en el canal en zonas sin turbulencias. Sin embargo, presentan mayores diferencias respecto a la simulación numérica debido a las simplificaciones para obtener la ecuación diferencial de flujo a través del vertedero.
Keywords
Ingeniería Civil, Hidráulica, Canales, Flujo de agua
Citation
Código de tesis
TI;1348
Código de tesis
Grado Académico
Ingeniero Civil