José Galaz, Maricarmen Guerra, Rodrigo Cienfuegos.
JI3 2014, número 4, páginas 54-59.
Abstract
Escurrimientos que interactúan con cavidades laterales, como por ejemplo, meandros recortados en ríos, bahías naturales, o puertos, entre otros, tienen especial importancia en la naturaleza y en ingeniería. Las cavidades laterales juegan un importante rol en la preservación de hábitats ecológicos ya que, por ejemplo, una errónea estimación del campo de velocidades podría afectar la manera en que nutrientes y sedimentos debieran ser tratados y, finalmente, obstruir en vez de facilitar el buen desarrollo del ecosistema [1]. Al mismo tiempo, existen fenómenos físicos, como la resonancia de ondas atrapadas en la cavidad, que pueden provocar amplificaciones de ondas y generar inundaciones imprevistas. Sin embargo, el comportamiento de las variables hidrodinámicas que describen al escurrimiento en cavidades es de alta complejidad. Riviere et al. [2] observaron la formación de celdas de recirculación de vorticidad vertical positiva, mientras que Kimura et al. [3] evidenciaron la formación de pequeños vórtices en la interfaz canal-cavidad, que excitaron oscilaciones periódicas estacionarias de la superficie libre. Lo anterior fue caracterizado por Mizumura et al. [2], reportando de sus experimentos que la generación de vórtices era difícil de notar para escurrimientos con números de Froude muy bajos (e.g.0,1), pero que generaba una clara activación de la cavidad para números de Froude más importantes (e.g. 0,8), lo cual también verificaron Wolfinger et al. [4]. Enfoques numéricos han sido también explorados utilizando para distintos casos modelos 2D y 3D, como aproximación a las ecuaciones de Navier-Stokes (N-S, [1], [3], [5]) obteniendo resultados que son comparables a los experimentales. En esta investigación se han estudiado simulaciones con un modelo matemático que obedece a una simplificación 2D de las ecuaciones de N-S [6], con el propósito de explorar la caracterización de las principales propiedades del flujo: formación de vórtices, patrón de recirculación y oscilación de la superficie libre.