VALIDACIÓN DE MODELO MATEMÁTICO SPH PARA LA INTERACCIÓN FLUIDO-ESTRUCTURA EN OBRAS HIDRÁULICAS FLUVIALES, APLICADO AL EVACUADOR DE CRECIDAS DEL EMBALSE ANCOA, REGIÓN DEL MAULE

Abstract

La hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH en sus siglas en inglés) es un método numérico lagrangiano para la resolución de problemas de dinámica computacional de fluidos que últimamente ha ganado popularidad. En particular el modelo SPH resulta útil para reproducir fenómenos de superficie libre, como rompimiento de olas, interacciones fluido-estructura y comportamiento nolineal del flujo. En este trabajo se presenta un análisis comparativo entre los resultados de un modelo físico y de un modelo SPH implementado en un ordenador de escritorio con un procesador gráfico (GPU) para la aceleración del cálculo. El caso de estudio corresponde al evacuador de crecidas del embalse Ancoa ubicado en la VII Región del Maule, del cual existe un modelo físico construido en el Instituto Nacional de Hidráulica (INH) en el año 2015 a una escala 1:40, mientras que el modelo matemático tridimensional SPH se realizó en un software libre denominado DualSPHysics, desarrollado por la Universidad de Vigo y The University of Manchester. Los resultados del modelo SPH en general son comparables a los que pueden obtenerse mediante aproximación euleriana y bifásica utilizando las ecuaciones promediadas de reynolds (RANS en sus siglas en inglés) pero con la ventaja que se puede obtener en tiempos razonables gracias al uso de la GPU. Este trabajo presenta también algunas de las limitaciones actuales del método por lo que se establecen algunas estrategias y lineamientos para solventar estas limitaciones.

The Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) is a lagrangian numerical method for the resolution of computational fluids dynamic problems which has recently gained popularity. In particular, the SPH model is usefull for reproducing free-surface phenomena such as wave breaking, fluid-structure interactions and non-linear _ow behavior. In this work we present a comparative analysis between the results of a physical model and an SPH model implemented in a desktop computer with a graphics processor unity (GPU) for the acceleration of the calculation. The case study corresponds to the flood evacuator of the Ancoa dam located in the VII Region of Maule, of which there is a physical model built in the National Institute of Hydraulics (INH) in 2015 at a 1:40 scale, while the three-dimensional mathematical model SPH was carried out in a free software called DualSPHysics, developed by the University of Vigo and the Univeristy of Manchester. The results of the SPH model in general are comparable to those that can be obtained by Eulerian and biphasic approaches using the Reynolds averaged equations (RANS) but with the advantage that it can be obtained in reasonable times thanks to the use of the GPU. This work also presents some of the current limitations of the method, which is why some strategies and guidelines are established to solve these limitations.