Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería (Dec 2012)
Moving beds represented by immersed boundaries: numerical experiments using large eddy simulation Los movimientos de fondo representados por fronteras inmersas: experimentos numéricos usando las simulaciones de gran escala
Abstract
The Immerse Boundary Method (IBM) was used to evaluate the sediment transport over deformable beds. Large Eddy Simulation (LES) procedures were used for the mathematical treatment of turbulence, and the advection-diffusion equation was used to calculate sediment concentration. The Finite Differences Method with staggered grid was applied for the numerical solution of the governing equations (filtered Navier-Stokes, Continuity and advection-diffusion equations). Spatial derivatives were discretized using second order centered differences. A second order explicit Adams-Bashforth scheme was used for the time evolution in the advection-diffusion equation, while a fourth order Adams-Bashforth scheme was used for the filtered Navier-Stokes equations. The numerical simulation reproduced flow structures like large eddies after the dune crests and counter-rotative vortices, which are important in sediment transport. Resuspension fluxes and sedimentation (dependent on particle concentration) were calculated using equations proposed in this study. The deformations of the bed caused by erosion and deposition may be well followed through the present procedures, showing that this methodology is adequate to evaluate bed modifications and sediment transport in alluvial flows.Se utilizó el método de fronteras inmersas para evaluar el transporte de sedimentos en lechos deformables. Los procedimientos de la simulación de gran escala fueron utilizados para el tratamiento matemático de la turbulencia, y se utilizó la ecuación de advección-difusión para calcular la concentración de sedimentos. Se aplicó el método de diferencias finitas con malla desplazada para la solución numérica de las ecuaciones básicas (Navier-Stokes filtrado, continuidad y las ecuaciones de advección-difusión). Las derivadas espaciales fueron discretizadas mediante diferencias de segundo orden centrado. Se utilizó un esquema explícito de Adams-Bashforth de segundo orden para la evolución del tiempo en la ecuación de advección-difusión, mientras que un esquema Adams-Bashforth de cuarto orden fue utilizado para las ecuaciones de Navier-Stokes filtrado. La simulación numérica reproduce estructuras de flujo, como los remolinos grandes después de las crestas de las dunas y los vórtices contrarrotativos, que son importantes en el transporte de sedimentos. Los flujos de resuspensión y sedimentación (dependientes de la concentración de partículas) se calcularon utilizando las ecuaciones propuestas en este estudio. Las deformaciones del lecho por la erosión y la deposición pueden ser bien seguidas a través de los procedimientos aquí presentados, que muestran que esta metodología es adecuada para evaluar las modificaciones del lecho y el transporte de sedimentos en los flujos aluviales.
