Análisis de la Segregación Espectral de Flujos Turbulentos Poco Profundos Utilizando un ADV

CARRASCO A; VIONNET CA

Villa Carlos Paz, Cordoba

Simposio; MEH 2009: 1er Simposio sobre Métodos Experimentales en Hidráulica; 2009

INA - Instituto Nacional del Agua

El flujo de un río escurriendo sobre una planicie de inundación de muy bajo gradiente topográfico presenta, en condiciones de aguas altas, una estructura en lámina no acotada lateralmente. En otras palabras el flujo tiene características esencialmente bi-dimensionales (2D) en planta, con un escaso desarrollo en la dirección vertical. A medida que el flujo de planicie se aproxima a la contracción formada por un puente aliviador, se acelera, iniciando así procesos de erosión local alrededor de las pilas y estribos del puente. En estas circunstancias, la estructura del flujo es típicamente 3D. En términos generales, un flujo en lámina 2D es de escurrimiento uniforme, con estructuras turbulentas secundarias caracterizadas por vórtices con eje horizontal en el plano normal al flujo principal. En este caso, el tamaño del vórtice 3D esta acotado por el espesor de la lámina de agua. Sin embargo, algunos de estos flujos turbulentos típicamente 2D son susceptibles a perturbaciones transversales, dando origen a estructuras vorticales de eje vertical de grandes dimensiones espaciales. Esta comunicación técnica presenta un trabajo experimental realizado sobre un cuenco de ensayo de grandes dimensiones, de forma tal que el flujo medio turbulento que se establece en el cuenco presenta un gran desarrollo horizontal, y una fuerte curvatura en planta debido a la presencia de una contracción lateral. En el extremo de la contracción se ubica una hoya de erosión local de configuración fija. El presente trabajo se centró en analizar la evolución de la respuesta espectral del flujo desde aguas arriba hacia aguas abajo, en la vecindad de la hoya de erosión. Como resultado se encontró que el flujo turbulento plano tiene una estructura predominantemente 2D, excepto en la hoya y en sus proximidades, donde es predominantemente 3D. En la zona de la hoya, convergen dos mecanismos antagónicos: (i) el estrechamiento produce turbulencia por la aceleración del flujo medio y (ii) la hoya convierte energía mecánica en calor por un lado y por otro incrementa los procesos de mezcla. Los espectros de densidad de potencia exhiben alternativamente intervalos de turbulencia 2D (pendiente -3) y 3D (pendiente -5/3), mostrando dos picos con una clara segregación o separación espectral, donde cada pico representa procesos turbulentos totalmente diferenciados. Las mediciones permitieron visualizar, al menos en parte, la estructura que presentan los dos vórtices de eje horizontal que se forman a la salida de la hoya. Paralelamente se realizó una simulación numérica 2D para su comparación con el flujo medio medido.