Evaluación de caudal de sobrepaso en una defensa costera mediante un modelo basado en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds en el volumen (VARANS)

Abstract

En este trabajo se expone el proceso de calibración del modelo numérico IH2VOF y un análisis de sensibilidad del caudal de sobrepaso en una defensa costera. Para efectuar estos trabajos, se replican los ensayos de un modelo físico a escala reducida de 1:50 en el rompeolas principal del puerto de Pòvoa de Varzim, Portugal (Neves et al., 2008). Los parámetros analizados en el proceso de calibración corresponden a la porosidad y los coeficientes de fricción lineal y no-lineal , que caracterizan a los medios porosos. Para ensayos con oleaje irregular y generación de oleaje de primer orden, que incorpora sólo la banda espectral asociada al oleaje como condición de borde, los parámetros de fricción no tienen una gran incidencia en el cálculo del sobrepaso, pues actúan sobre un volumen relativamente pequeño de defensa costera. La porosidad, en contraste, juega un rol no despreciable en los resultados. Una vez calibrados estos parámetros, se repiten los ensayos usando un forzamiento de segundo orden, que incorpora tanto la banda del oleaje como las ondas infragravitatorias asociadas a los grupos de olas. Los resultados muestran que la generación de primer orden sobrestima el caudal de sobrepaso, lo que se hace más evidente para condiciones de oleaje de mayor intensidad. Para el forzamiento de segundo orden, en contraste, se obtienen resultados cercanos a los reportados por Neves et al. (2008). Finalmente, se recomienda utilizar el forzamiento de segundo orden tanto en la modelación numérica como física del sobrepaso de oleaje para evitar el sobredimensionamiento injustificado de defensas costeras.

Modelación de oleaje en un canal bidimensional mediante OpenFOAM

“…Dependiendo de los requerimientos, existen distintos modelos de oleaje entre los que destacan, en sentido creciente de complejidad, los modelos que promedian la fase mediante la ecuación de balance de acción (Holthuijsen, 2007, cap.9), los modelos que resuelven la fase mediante las ecuaciones tipo Boussinesq (Svendsen, 2006, cap.9;Dingemans, 1994, cap.4) y los modelos tipo CFD, que resuelven versiones promediadas de las ecuaciones de Navier Stokes tanto en dos como tres dimensiones (e.g., Higuera et al, 2015). Para procesos de interacción del oleaje con estructuras costeras que se caracterizan por escalas espaciales del orden de decenas de metros y escalas temporales de segundos a minutos, es adecuado usar las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds en el Volumen VARANS (volume-averaged Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations), pues caracterizan adecuadamente procesos no lineales en aguas someras y la rotura (Pedroso y Torres, 2011;Campos-Caba y Winckler, 2023).…”

“…Esto contrasta con software comerciales, que usualmente presentan restricciones al uso de rutinas y núcleos, dependiendo del tipo de licencia. Además, estudios basados en OpenFOAM (e.g.,Borges, 2013;Liu, 2017) presentan la configuración de sus casos paso a paso con el propósito de facilitar su uso a una comunidad creciente de usuarios, que se comunican en foros abiertos (www.cfd-online.com).…”