Modelación Numérica de la Distribución Transversal de Velocidades en Canales - Caso Trapecial

Abstract

Se presentan resultados preliminares de un modelo matemático que permite estimar la distribución transversal (en el plano de la sección) de la componente longitudinal de la velocidad, promediada en el tiempo, para canales a superficie libre, bajo flujo uniforme y estacionario. Se derivan las fórmulas que representan la distribución vertical y lateral de la viscosidad de torbellino (coeficiente de difusión de momentum) bajo ciertas hipótesis simplificativas. La ecuación diferencial que gobierna el campo de velocidades es una ecuación en derivadas parciales elíptica, no homogénea, con un término fuente asociado a la acción gravitatoria y que surge como integración de la ecuaciones de movimiento (ecuaciones de Navier-Stokes) en la dirección principal del flujo junto con la ecuación de conservación de masa. Para
su solución se utilizó el método de los elementos finitos, implementado a través del software FlexPDE. Se aplica el modelo a canales de sección trapezoidal con diferentes relaciones de aspecto y se contrastan los resultados obtenidos con mediciones experimentales. A su vez, se identifican y analizan las estructuras de flujo, y su influencia sobre el flujo primario. Se considera que la distribución de velocidades es predicha satisfactoriamente por modelo propuesto.