Desarrollo y simulación de alta resolución de un modelo simplificado de corrientes de turbidez
En este trabajo se desarrolla, implementa, valida y evalúa un modelo de bajo costo computacional para simular corrientes de turbidez submarinas, las cuales son flujos turbulentos submarinos que transportan sedimentos. Los sedimentos y la materia orgánica, y el mecanismo por el cual se depositan en e...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2022
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1083/1/1Trono_Figueras.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En este trabajo se desarrolla, implementa, valida y evalúa un modelo de bajo costo computacional para simular corrientes de turbidez submarinas, las cuales son flujos turbulentos submarinos que transportan sedimentos. Los sedimentos y la materia orgánica, y el mecanismo por el cual se depositan en el lecho marino, pueden dar lugar a yacimientos de petróleo y gas. Así, el estudio de las corrientes de turbidez es fundamental para llevar a cabo prospección petrolera off-shore, lo cual es de gran interés en Argentina debido a la influencia que tiene la industria del petróleo en la economía del país. Sin embargo, como consecuencia de las grandes dimensiones de las corrientes de turbidez, las simulaciones de alta resolución y a gran escala resultan muy costosas computacionalmente, con cálculos que requieren meses en más de mil procesadores.
El modelo desarrollado en el presente trabajo, llamado Improved Turbidity Current with a Roof (ITCR), tiene como objetivo reproducir, mediante cálculos de bajo costo computacional en relación al modelo a gran escala, las características fundamentales de una corriente de turbidez submarina si se tiene como input el perfil de concentración de sedimentos de la misma, el cual puede medirse experimentalmente. Esto permite identificar rápidamente casos de particular interés que ameriten simulaciones más precisas.
El Modelo ITCR se basa en un modelo precursor del grupo de investigación en el que se enmarca este trabajo; el Modelo TCR, el cual sirve para simular un flujo con sedimentos dentro de un canal cerrado, con techo en su parte superior. Gracias a condiciones de borde periódicas en la dirección del flujo, puede utilizarse un dominio pequeño modelando un flujo desarrollado, con un bajo costo computacional. El Modelo
ITCR aprovecha eso y además permite forzar en el flujo un perfil de concentración media de sedimentos. Dado que la concentración es la fuerza impulsora de las corrientes de turbidez, forzando un perfil de concentración correspondiente a una de estas corrientes se puede capturar gran parte de la fenomenología de la misma, aún con la presencia del techo del canal.
La implementación del Modelo ITCR consistió en el desarrollo de un algoritmo que permite realizar el forzado de concentración media, y en la programación de dicho algoritmo en Fortran77, lenguaje en el que se basa el solver utilizado en este trabajo para realizar los cálculos. El solver mencionado, Nek5000, permite resolver explícitamente las ecuaciones de Navier-Stokes y del transporte de escalares abarcando todas las es
calas del flujo, lo que se conoce como simulación numérica directa (DNS). Para validar el modelo se constató que el mismo produce los mismos resultados que el Modelo TCR cuando se lo aplica a casos TCR. Esto se hizo a través de la comparación de resultados con un caso TCR mostrado en Cantero et al. 2009 [5].
Para evaluar el modelo, se compararon resultados con los de un modelo a gran escala mostrados en Salinas et al. 2021 (a y b) [6] [7], de alto costo computacional, y con mediciones experimentales de laboratorio mostradas en Sequeiros et al. 2010 [8]. Se obtuvo que el Modelo ITCR reproduce satisfactoriamente, en forma cualitativa, una corriente de turbidez en régimen subcrítico y parcialmente bien una corriente de
turbidez en régimen supercrítico, con las mayores diferencias en la zona superior del flujo. Aún así, podría mejorarse la precisión cuantitativa de los resultados. En cuanto a la comparación con mediciones experimentales, los perfiles de velocidad media en la dirección del flujo se correlacionan de forma aceptable con los medidos, especialmente los correspondientes a casos subcríticos. Sin embargo, se considera que debe mejorarse la precisión del Modelo ITCR antes de utilizarlo para analizar en detalle corrientes de turbidez experimentales. |
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