Modelos de simulación de alto orden para la resolución de fenómenos de propagación de ondas en flujos de lámina libre con turbulencia

Abstract

[EN] A depth-averaged large eddy simulation (DA-LES) model, based on the unsteady Reynolds averaged Navier Stokes approach for the shallow water equations, is herein presented. The simulation model aims at the resolution of free surface shallow flows where large-scale turbulence is mainly two-dimensional. The keystone of the model is the combination of a high order of accuracy in space and time with a suitable turbulence modelling that accounts for the effect of the unresolved eddies in the mean flow. The proposed model ensures the well-balanced property (i.e. quiescent equilibrium with machine precision) thanks to the use of augmented Riemann solvers, which include the bed slope source term in the definition of the derivative Riemann problem. The performance of the proposed model is assessed using experimental data from the literature. In particular, a laboratory experiment involving a shallow water flow over a submerged conical island is considered. The numerical results evidence that the proposed model is able to reproduce transient turbulent phenomena, providing a higher level of information and resolution than other models based on the traditional RANS (Reynolds averaged Navier Stokes) approach.

[ES] En este trabajo se presenta una herramienta de simulación basada en la resolución transitoria de grandes remolinos (URANS o DA-LES) para flujos turbulentos de aguas poco profundas en los que la turbulencia es predominantemente horizontal. El aspecto fundamental del modelo es la combinación de una discretización de alto orden en espacio y tiempo con una modelización de los efectos en el flujo promedio de las escalas turbulentas no resueltas. El modelo propuesto garantiza con precisión de máquina el equilibrio hidrostático (propiedad well-balanced) gracias a la utilización de una formulación del flujo numérico que incluye los términos fuente en la resolución del problema de Riemann derivativo en las paredes de las celdas. Se presenta una validación del modelo utilizando datos de literatura para un experimento de laboratorio que involucra un flujo de aguas poco profundas sobre una isla cónica, que da lugar a la generación de una calle de vórtices aguas abajo de la isla. Los resultados numéricos muestran que el modelo propuesto es capaz de reproducir fenómenos turbulentos bidimensionales, proporcionando un mayor nivel de detalle que la aproximación RANS tradicional.