Detección de vórtices en dársenas de bombeo mediante modelación matemática

Abstract

El trabajo tiene como finalidad verificar la capacidad de un modelo matemático comercial de fluidodinámica computacional (CFD) para predecir la formación de vórtices en una dársena de bombeo. Se propone identificar vórtices de distinto origen e intensidad en una dársena de bombeo de geometría sencilla, de la cual se cuenta con resultados experimentales de las mismas condiciones de operación. Las velocidades calculadas muestran tendencias y magnitudes similares a las medidas, mientras que los valores máximos de vorticidad calculados resultan varios órdenes mayores que los medidos, lo cual se explica por las características de la medición en modelo físico. La modelación predice la presencia de vórtices superficiales cuya ocurrencia fue detectada en el modelo físico de referencia, pero además detecta vórtices de pared y de fondo que no fueron registrados en el trabajo de referencia. La representación de la vorticidad total, expresada por su valor absoluto, y seleccionada como superficie equipotencial, resulta ser una herramienta de visualización muy útil para realizar un seguimiento de la ubicación, trayectoria y variación temporal de los vórtices concentrados.

The present work is aimed at verifying the ability of a commercial computational fluid dynamic (CFD) mathematical model to predict the formation of vortices in a pump basin. It was intended to identify vortices of diverse origin and intensity in a geometrically simple pump basin of which experimental results under the same operating conditions are known. Calculated velocities correlate well to trends and magnitudes of measured ones, whereas the maximum values of vorticity calculated are several orders of magnitude higher than those measured, which is explained by the characteristics of measurement in the physical model. Model results predict the presence of surface vortices which were seen in the reference physical model, but also wall vortices and bottom vortices which were not reported in the reference work under the same working conditions. For lower submergences, the presence of the bottom vortex in the physical model is inferred from the cavitation of its core. The representation of total vorticity, in terms of its absolute value, and selected as an equipotential surface, may turn into a very useful tool to visualize and follow the actual location, trajectory and time variation of concentrated vortices.