Estudio experimental y modelización numérica de flujo en canal horizontal sobre vertedero Creager

Abstract

A lo largo de este estudio se ha realizado el análisis de un flujo sobre un vertedero de tipo Creager situado en un canal horizontal. Para el análisis se han realizado pruebas experimentales en laboratorio y un modelo numérico. Para llevar a cabo las pruebas en el laboratorio se ha diseñado y construido un vertedero y se ha introducido dentro del canal de ensayos del laboratorio. Allí se han tomado medidas de nivel en cuatro puntos y se ha estimado el caudal utilizando la literatura existente para calibrar el vertedero como caudalímetro. Se ha diferenciado entre la fase transitoria, que comprende el arranque de la bomba, y la fase estacionaria, una vez que las condiciones ya se han estabilizado. Para desarrollar el modelo numérico se ha utilizado un software comercial de CFD (Computational Fluid Dynamics), que resuelve las ecuaciones promediadas de Reynolds de las ecuaciones generales de Navier-Stokes utilizando el método de los volúmenes finitos. Finalmente, se ha realizado una comparativa entre las pruebas experimentales y la simulación numérica en términos de calado, velocidad, caudal, número de Froude y energía, obteniéndose resultados muy satisfactorios. Las técnicas CFD están avanzando con fuerza en el mundo de la hidráulica y son una herramienta potente de gran aplicación en la ingeniería civil.

Along this study, a flow over a Creager weir inside a horizontal open channel has been analysed. In order to carry out the analysis, laboratory tests and a numerical model have been used. To perform the laboratory tests, a weir has been designed, built, and put into the channel test. During the tests, water level has been monitored at four points along the channel. Nomographs from the literature have been utilized to calibrate the weir as a flowmeter. Two different phases have been considered: the transient phase (pump start) and the steady state.A commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) software, which solves the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (RANS) by means of the finite volume method, has been used to carry out the numerical simulation. Finally, water level, velocity, flow rate, Froude number and energy have been compared at different points. It is shown that there is a quite good agreement between the laboratory tests and the numerical model. Numerical methods are constantly progressing and provide civil engineers with a very powerful and useful tool.