Resumen

La simulación numérica de frentes en rápido movimiento originados por la rotura de presas o diques es una tarea difícil para proyectos de ingeniería a pequeña escala. En este trabajo se propone el uso de ecuaciones de Navier-Stokes (NS) totalmente tridimensionales y del método de Boltzmann en celosía (LBM) para comprobar la validez de modelos matemáticos macroscópicos y mesoscópicos, respectivamente. Las simulaciones macroscópicas se realizan empleando un código de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto que resuelve las NS combinadas con el método multifásico de volumen de fluido (VOF) para representar flujos de superficie libre. El modelo mesoscópico es una variante experimental de seguimiento frontal del LBM. En el LBM propuesto, la interfaz aire-gas se representa como una superficie de espesor nulo que gestiona el paso del campo de densidad de la fase ligera a la densa y viceversa. Un único conjunto de ecuaciones del LBM representa la fase líquida, mientras que la superficie libre se caracteriza por una variable adicional, la fracción volumétrica de líquido. Los estudios de casos muestran las ventajas y desventajas del LBM y el NS propuestos, con especial atención a la eficiencia computacional y la precisión a la hora de abordar la simulación de flujos a través de geometrías complejas. En particular, la validación de la aplicación del modelo se desarrolla simulando el flujo que se propaga a través de un entorno urbano sintético y comparando los resultados con medidas analíticas y experimentales de laboratorio.

• Materias:Matemáticas Análisis Matemático Álgebra Ingeniería Matemática aplicada Lógica matemática
• Subjects:mathematics Mathematical Analysis Algebra Engineering Applied Mathematics Mathematical logic
• Palabras claves:lbm, proyectos de ingeniería a pequeña escala, dinámica de fluidos computacional, mediciones experimentales de laboratorio, fracción volumétrica de líquidos, modelos matemáticos mesoscópicos, entorno urbano sintético, método de boltzmann, estudios de casos, ecuaciones de lbm
• Keywords:lbm, small scale engineering projects, computational fluid dynamics, experimental laboratory measurements, liquid volume fraction, mesoscopic mathematical models, synthetic urban setting, boltzmann method, case studies, lbm equations