Comportamiento Hidráulico del Flujo en el Modelo Numérico de un Disipador de Energía Tipo Vórtice

• Gallegos, Álvaro ^[1] ; Ulquiango , Oscar ^[1] ; Lima Guamán, Paulina ^[1]
  1. [1] Universidad Central del Ecuador

     Universidad Central del Ecuador

     Quito, Ecuador

     
• Localización: Revista Politécnica, ISSN-e 2477-8990, Vol. 54, Nº. 1, 2024 (Ejemplar dedicado a: Revista Politécnica), págs. 15-24
• Idioma: español
• DOI: 10.33333/rp.vol54n1.02
• Títulos paralelos:
  • Hydraulic Flow Behavior in the Numerical Model of a Vortex Energy Sink
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • español

    Para analizar y comprender el comportamiento del flujo en estructuras hidráulicas, se construyen modelos a escala, sin embargo, en el caso del disipador de energía tipo vórtice, la naturaleza helicoidal del flujo dificulta su análisis y la medición de datos, por lo tanto, se ha creado un modelo numérico a escala real que permitiera un análisis más eficiente del flujo en este tipo de disipador. Se aplicó la metodología de la dinámica de fluidos computacional mediante el software adecuado. Primero fue creada la geometría del disipador, luego el mallado, posteriormente se establecieron las condiciones de borde y parámetros físicos, con lo cual se resolvió el modelo obteniendo resultados que fueron validados con datos experimentales del modelo físico, para finalmente analizar el prototipo. Los resultados obtenidos no solo demostraron la aplicabilidad de la dinámica de fluidos computacional (CFD) en el diseño hidráulico y su calibración, sino que también proporcionaron una distribución espacial de las características hidráulicas a lo largo del prototipo, aspecto esencial en el diseño de este tipo de estructuras.

     

  • English

    In order to analyze and understand the flow behavior in hydraulic structures, scale models are built; however, in the case of the vortex-type energy dissipator, the helical nature of the flow makes its analysis and data measurement difficult; therefore, a full-scale numerical model was built to allow a more efficient analysis of the flow in this type of dissipator. The computational fluid dynamics methodology was applied using the appropriate software. First, the heatsink geometry was created, then the meshing, after the boundary conditions and physical parameters were established, with which the model was solved, obtaining results that were validated with experimental data of the physical model, to finally analyze the prototype. The results obtained not only demonstrated the applicability of Computational Fluid Dynamics (CFD) in the hydraulic design and its calibration, but also provided a spatial distribution of the hydraulic characteristics along the prototype, an essential aspect in the design of this type of structures.

• Referencias bibliográficas
  • Ansys. (2023). ANSYS CFX [versión estudiantil para PC] (2023 R1).
  • Capote, J. A., Alvear, D., Abreu, O. V, Lázaro, M., & Espina, P. (2008). Influencia del modelo de turbulencia y del refinamiento de la...
  • Chan, S. N., Qiao, Q. S., & Lee, J. H. W. (2018). On the three-dimensional flow of a stable tangential vortex intake. Journal of Hydro-Environment...
  • Chan, S. N., Qiao, Q. S., & Lee, J. H. W. (2019). Flow Features of an Unstable Tangential Vortex Intake. Green Energy and Technology....
  • Chiluisa C., & Guanoluisa C. (2015). Verificación del diseño hidráulico de un disipador de energía tipo vórtice mediante modelo físico...
  • Crispino, G., Contestabile, P., Vicinanza, D., & Gisonni, C. (2021). Energy Head Dissipation and Flow Pressures in Vortex Drop Shafts....
  • Del Giudice, G., Gisonni, C., & Rasulo, G. (2009). Vortex Drop Shaft for Supercritical Flow. In Advances in Water Resources and Hydraulic...
  • Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-89465-0_262
  • Fernández J. (2011). Técnicas numéricas en ingeniería de fluidos (Editorial Reverté, Ed.; 1st ed.).
  • Hager, W. H. (1985). Head-Discharge Relation for Vortex Shaft. Journal of Hydraulic Engineering, 111(6). https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9429(1985)111:6(1015)
  • Mrope, H. A., Chande Jande, Y. A., & Kivevele, T. T. (2021). A Review on Computational Fluid Dynamics Applications in the Design and Optimization...
  • Ogunsesan, O. A., Hossain, M., & Droubi, M. G. (2021). Computational fluid dynamics modelling of multiphase flows in double elbow geometries....
  • Rodal E., Echávez G., & Ruiz G. (2011). Estudio experimental en modelo hidráulico del pozo de alta caída. Instituto Argentino de Recursos...
  • Rodríguez F. (2016). Modelación numérica del flujo en un descargador a vórtice aplicando mecánica de fluidos computacional (CFD). Escuela...
  • Ruiz Solorio, G. (2014). MODELOS DE TURBULENCIA EN MECANICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL. XXII CONGRESO NACIONAL DE HIDRAULICA.
  • Sentyabov, A. V., Timoshevskiy, M. V., Pervunin, K. S., Gavrilov, A. A., Markovich, D. M., & Dekterev, A. A. (2016). Numerical and experimental...
  • SolidWorks. (2023). SolidWorks [versión estudiantil para PC] (2023).
  • Sotelo, G. (1974). Hidráulica General (Limusa, Ed.).
  • Usman, M., Shahid, S., Ali, S., & Ullah, M. K. (2023). Numerical simulations of turbulent and flow characteristics of complex river reach...
  • Yang, Z., Yin, J., Lu, Y., Liu, Z., Yang, H., & Xu, G. (2021). Three-dimensional flow of a vortex drop shaft spillway with an elliptical...
  • Zhang, W., Wang, J., Zhou, C., Dong, Z., & Zhou, Z. (2018). Numerical simulation of hydraulic characteristics in a vortex drop shaft....
  • Zhao, C.-H., Zhu, D. Z., Sun, S.-K., & Liu, Z.-P. (2006). Experimental Study of Flow in a Vortex Drop Shaft. Journal of Hydraulic Engineering,...