Análisis del flujo en un canal de laboratorio con formas de fondo fijas

Joselina Espinoza Ayala, Polioptro Martínez Austria, Jorge Rojas Menéndez, Francisco Ávila Segura

Resumen


Se presentan resultados experimentales sobre las características del flujo en un canal con formas de fondo fijas, triangulares y bidimensionales. El canal usado tiene 20 m de longitud, 1.0 m de ancho y 0.5 m de alto, con un flujo de agua en estado permanente y para números de Reynolds (Re = U H/v) entre 12,000 y 28,000. Se utilizó la técnica de visualización de flujo, con inyección de tinta y con generación de burbujas de hidrógeno, para describir cualitativamente los diferentes tipos de macro-estructuras turbulentas-coherentes detrás de una de las formas de fondo. Las principales estructuras encontradas fueron del tipo de ondas de Kelvin-Helmholz, en la capa cortante generada entre el flujo principal y el flujo estancado detrás de la forma; boils o eyecciones de flujo de mayor intensidad, aguas abajo de la cresta de la forma; vórtices verticales semejantes a pequeños tornados, en la línea de inicio de la nueva forma de fondo; vórtice tipo cono (funnel), en dirección del flujo y vórtices transversales, en la región de separación. Una vez identificadas las zonas de mayor relevancia para la descripción del flujo se hicieron mediciones de una o dos componentes del vector velocidad mediante la técnica de anemometría de película caliente. Se analizaron los perfiles de velocidad media, la intensidad de turbulencia y los esfuerzos de Reynolds. Los perfiles de velocidad indicaron, entre otras cosas, que el punto donde termina la zona de recirculación varió intermitentemente oscilando en un valor cercano a 5h, donde h es la altura de la forma de fondo. Estos resultados concordaron con los valores reportados para flujo detrás de un escalón (Nakagawa y Nezu, 1987). Los perfiles mostraron que aún para distancias de 10h, donde h es la altura de las formas, los perfiles de velocidad no alcanzaron la uniformidad después de la separación. Las características turbulentas u'lu* y v'/u* fueron del orden de magnitud y estructura semejante a las reportadas por Lyn (1993). Los perfiles de los esfuerzos de Reynolds resultaron semejantes a los presentados por Nelson et al.(1993), mostrando valores máximos en la región de recirculación. El análisis conjunto del campo de flujo con las técnicas mencionadas contribuyó al conocimiento de las macro estructuras turbulentas y sus implicaciones en los procesos de transporte de sedimentos en canales con formas de fondo. 


Palabras clave


formas de fondo; dunas; estructuras coherentes; visualización de flujo; flujo turbulento en canales; técnicas experimentales; turbulencia; transporte de sedimentos

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