Simulacion 3D de flujos turbulentos y socavación alrededor de pilares de puente

Abstract

El presente trabajo se centra en la simulación numérica de flujos turbulentos supercríticos alrededor de pilares de puentes, empleando el modelo LES (Large Eddy Simulation) tipo Wale. Se utilizaron herramientas de código abierto como OpenFOAM y LIGGGHTS para modelar los flujos y las partículas respectivamente, CFDEM para la simulación conjunta, también se empleó ParaView junto con herramientas desarrolladas para el post-procesado de los datos obtenidos, permitiendo estudiar la interacción fluidos y partículas en escenarios de transporte de sedimentos. Este trabajo aborda la validación del modelo numérico mediante los datos experimentales empleados por Cisternas (2015), comparando el desempeño de los sub-modelos WALE y Smagorinsky en la predicción de campos de velocidad, presión y esfuerzo cortante. Se analizaron los casos de lecho fijo y móvil, destacando patrones de sedimentación y la dinámica de socavación local. Los resultados ofrecen una comprensión detallada de algunos procesos físicos involucrados en la socavación local, presentando sugerencias para la futura investigación de herramientas para optimizar diseños estructurales y prevenir fallas en la infraestructura crítica (puentes). Junto con esto proporciona una comparación con el trabajo realizado por Cisternas (2015) y se llega a la conclusión de que el solver de sedimentación desarrollado en aquel trabajo presenta limitaciones en el modelo utilizado.

The present work focuses on the numerical simulation of turbulent supercritical flows around bridge piers using the Wale-type Large Eddy Simulation (LES) model. Open source tools such as OpenFOAM and LIGGGHTS were used to model the flows and particles respectively, CFDEM for the joint simulation, ParaView was also used together with tools developed for the post-processing of the obtained data, allowing to study the fluid-particle interaction in sediment transport scenarios. This work addresses the validation of the numerical model using experimental data employed by [Cisternas, 2015], comparing the performance of the WALE and Smagorinsky sub-models in the prediction of velocity, pressure and shear stress fields. Fixed and mobile bed cases were analyzed, highlighting sedimentation patterns and local scour dynamics. The results provide a detailed understanding of some physical processes involved in local scour, presenting suggestions for future research tools to optimize structural designs and prevent failure of critical infrastructure (bridges). Along with this it provides a comparison with thework done by [Cisternas, 2015] and concludes that the scour solver developed in that work has limitations in the model used.