Corrección termodinámica de la difusión numérica del método W-SPH

David López Gómez, Vicente Cuellar Moro, Rubén Díaz Martínez

Resumen

El método SPH se ha empleado con éxito para la simulación numérica de flujos hidrodinámicos. CEDEX ha desarrollado un modelo SPH propio, SPHERIMENTAL, para flujo cuasi-compresible y con el que se han realizado diversos estudios de calibración. En transitorios en régimen variable se ha observado que se produce una difusión numérica que aumenta la entropía del sistema y que amortigua el movimiento del fluido. Se ha empleado como caso de calibración un experimento de rotura de presa muy bien documentado con el que se ha podido comprobar este efecto. Para obtener una correcta simulación numérica es necesario cuidar las condiciones de contorno, la correcta discretización espacial del fluido y emplear un modelo de turbulencia adecuado. Sin embargo, aun cuidando estos aspectos se produce una excesiva disipación de energía en la propagación de ondas. En este artículo se analizan las causas de esta difusión y se propone un método para corregirla.


Palabras clave

SPH; Dam Break; Difusión numérica; Turbulencia

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Referencias

Blas, M., López, D. Marivela, R., Rebollo, J.J, Díaz, R. (2010). Estudio en modelo matemático del aliviadero de la presa de Calanda (Teruel, España). Proceedings del XXIV Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Punta del Este, Uruguay, Noviembre 2010.

Crespo, A. (2008). Development of the Smoothed Particle Hydrodynamics model SPHysics. PhD Thesis. Departamento de Física Aplicada. Universidad de Vigo.

Crespo, A. Domínguez, J.M., Barreiro, A., Gómez-Gesteira, M. Rogers B.D., (2011). GPUs, a New Tool of Acceleration in CFD: Efficiency and Reliability on Smoothed Particle Hydrodynamics Methods. Plos One, 6(6). doi:10.1371/journal.pone.0020685

Gatti, D., Maffio, A., Zuccalà, D., Di Monaco, A. (2007). SPH Simulation of Hydrodynamics Problems Related To Dam Safety. Proceedings of 32nd Congress of IAHR. CD-Rom. Paper 2, SS09. Venice. Italy.

Gómez-Gesteira, M., Dalrymple, R. (2004). Using a 3D SPH method for wave impact on a tall structure. Journal of Waterway, Port, Coastal Ocean Engineering , 130(2): 63–69. doi:10.1061/(ASCE)0733-950X(2004)130:2(63)

Gómez-Gesteira, M. Rogers, B. Dalrymple, R., Crespo, A. (2010). State-of-art of classical SPH for free-surface flows. Journal of Hydraulic Research, 48. Extra Issue: 6-27. doi:10.1080/00221686.2010.9641242

Grassa, J.M. (2004). El método SPH. Aplicaciones en ingeniería marítima. Revista de ingeniería civil, 133.

GRASSA, J.M. (2006). Estado del Arte sobre Aplicación de Técnicas de CFD en Estudios de Ingeniería Marítima. El Método SPH: Algunas Aplicaciones En Ingeniería Marítima. Informe CEDEX, 24-405-9-163. Madrid, Spain.

Grassa, J.M. (2007). Wave forces on a wavemaker. SPH simulation and comparison with analytic results. Proceedings 32nd Congress of IAHR, the International Association of Hydraulic Engineering & Reseach. Venice 1-6

de Julio, v. I, 2007. P. 100. ISBN 88-89405-06-6.

Hugghes, J.P., Graham, D.I. (2010). Comparison of incompressible and weakly-compressible SPH models for free-surface water flows. Journal of Hydraulic Research,. 48, Extra Issue: 105-117. doi:10.1080/00221686.2010.9641251

Lee, E.-S., Violeau, D., Issa, R., Ploix, S. (2010). Application of weakly compressible and truly incompressible SPH 3D water collapse in waterworks. Journal of Hydraulic Research. 48, Extra Issue, pp. 50-60. Doi:10.1080/00221686.2010.9641245

Lobovsky,L., Botia-Vera, L. E., Castellana, F., Mas-Soler, J.,Souto-Iglesias, A. (2013). Experimental investigation of dynamic pressure loads during dam break. Journal of Fluids and Structures, arXiv:1308.0115v1.

López, D. (2012). SPH method applied to hydraulic structures. Friction boundary condition. Proceedings of 4th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, 9-11 February 2012, Porto, Portugal, ISBN: 978-989-8509-01-7.

López, D., Cuellar, V. (2013). Paralelización CUDA del método SPH. Aplicaciones en el diseño de estructuras hidráulicas. Proceedings de las III Jornadas de Ingeniería del Agua. Barcelona, Spain. ISBN 978-84-267-2071-9.

López, D., Marivela, R. (2009). Applications of the SPH Model to the Design of Fishways. Proceedings of 33rd Congress of IAHR. Water Engineering for a Sustainable Environment The International, Vancouvert 9-14 de agosto de 2009. ISBN: 978-90-78046-08-0.

López, D., Marivela, R., Aranda F. (2009). Calibration of SPH model using prototype pressure data from the stilling basin of the Villar del Rey dam, Spain. Proceedings of 33rd Congress of IAHR. Water Engineering for a Sustainable Environment The International, Vancouvert 9-14 de agosto de 2009, ISBN: 978-90-78046-08-0.

López, D., Marivela, R., Garrote L. (2010). Smooth Particle Hydrodynamics Model Applied To Hydraulic Structures: A Hydraulic Jump Test Case. Journal of Hydraulic Research, 48, Extra Issue:pp. 142-158. doi:10.1080/00221686.2010.9641255

Monaghan, J.J. (1992). Smoothed particle hydrodynamics. Annual review of astronomy and astrophysics, 30: 543–574. doi:10.1146/annurev.aa.30.090192.002551

Monaghan, J.J. (1994). Simulating free surface flows with SPH. Journal of Computational Physics, 110: 1-15. doi:10.1006/jcph.1994.1034. doi:10.1088/0034-4885/68/8/R01

Monaghan, J.J. (2005). “Smoothed Particle Hydrodynamics” .Reports on Progress in Physics, 68, 1703-1759. Doi:10.1088/0034-4885/68/8/R01

Ozbulut, M., Yildiz, M., Goren, O. (2013). A numerical investigation into algorithms for SPH method in modelling violent free surface flows. International Journal of Mechanical Sciences, 79: 56–65. doi:10.1016/j.ijmecsci.2013.11.021

Souto-Iglesias, A., Delorme,L., Pérez-Rojas, L. Abril-Pérez, S. (2006). Liquid momento amplitude assesment in sloshing type problems with smooth particle hydrodynamics. Ocean Engineering, 33(11-12), 1462-1484. doi:10.1016/j.oceaneng.2005.10.011

Violeau, D., Issa, R. (2007). Numerical modelling of complex turbulent free-surface flows with the SPH method: an overview. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 53(2): 277-304. doi:10.1002/fld.1292

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1. Aplicación del método SPH al estudio hidráulico de estructuras. Análisis hidrodinámico del aliviadero en pozo de la presa de Nagore (Navarra)
D. López, R. Díaz, J.J. Rebollo, T. Ramos, F.R. Andrés, M.I. Berga
Ribagua  vol: 3  num.: 1  primera página: 1  año: 2016  
doi: 10.1016/j.riba.2016.03.001



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