
En HEC-RAS, el modelado de flujos no newtonianos es especialmente útil para simular el comportamiento de fluidos como lodos, flujos hiperconcentrados o flujos de escombros, que no siguen la relación lineal entre el esfuerzo cortante y la tasa de deformación (como lo hacen los fluidos newtonianos). HEC-RAS ofrece cinco modelos reológicos para flujos no newtonianos, cada uno con características específicas. A continuación, te explicamos las diferencias y cuál podría convenirte según el tipo de fluido que estés modelando:
Ecuaciones disponibles en la ventana Unsteady Flow Data
Ingreso de condiciones de contorno al modelo HEC-RAS
📌 Ojo:
El primer método de lodo y escombros (solo aumento de volumen – Bulking Only) no es realmente un método no newtoniano, porque solo cambia el volumen del fluido. El método de volumen único no se aparta del modelo newtoniano ni calcula pérdidas internas. Los otros cinco métodos de flujo de material y detritos son enfoques no newtonianos, que calculan las pérdidas internas de los modelos de tensión-deformación que no tienen una intersección con cero y / o no son lineales
La ecuación de Bingham
La ecuación de Bingham se aplica a menudo a flujos hiperconcentrados y flujos de lodo. En teoría, estos flujos de menor concentración se ajustan mejor al modelo lineal. Sin embargo, su formulación relativamente simple hace que sea más fácil de calibrar. Menos parámetros libres lo hacen menos vulnerable a problemas de equifinalidad. Por lo tanto, se ha aplicado con éxito a flujos de desechos de mayor concentración en aplicaciones de laboratorio y de campo.
El modelo de Bingham solo requiere dos entradas del usuario: el límite elástico (la intersección de la relación tensión-deformación) y la viscosidad cargada de sedimentos (la pendiente de la relación tensión-deformación). Las opciones para estos se describen en las secciones de rendimiento y viscosidad a continuación.
Ecuación de O» Brien o «Cuadrática»
La ecuación de O’Brien usa un modelo cuadrático para agregar impactos no lineales de colisión de partículas y turbulencia a los términos de viscosidad y rendimiento lineal en el modelo de Bingham. No es tan flexible como Herschel – Bulkley. Los efectos no lineales son siempre una función del cuadrado de deformación, por lo que siempre son fuertes efectos de espesamiento por cizallamiento. Pero el modelo de O’Brien es más fácil de parametrizar que el de Herschel-Bulkley. La ecuación de O’Brien usa valores físicos para desarrollar efectos cuadráticos teóricos. La responsabilidad de este enfoque es que si la formulación teórica no refleja los procesos en el flujo geofísico, introducirá errores. Pero el beneficio de este enfoque físico-teórico es que todas las entradas en los términos no lineales son parámetros físicos que son predeterminados o relativamente intuitivos para que el usuario los especifique.
Además del límite elástico y la viscosidad cargada de sedimentos que se requieren para el modelo de Bingham, el modelo de O’Brien solo requiere la concentración volumétrica (que ya es necesaria para el volumen y para algunas estimaciones de rendimiento y viscosidad) y un tamaño de grano representativo. HEC-RAS también ha expuesto la concentración volumétrica máxima predeterminada en el término Bagnold de O’Brien (0,615 o 61,5%). Este término está bien para flujos de concentración más baja (Cv <50%). Pero a medida que la concentración se acerca o excede este máximo teórico, los usuarios deben aumentarlo para hacerlo más grande que la concentración volumétrica.
Modelo de Herschel-Bulkley
Hershel-Bulkley es un enfoque flexible, relativamente simple, pero muy empírico. Permite una amplia gama de enfoques reológicos no lineales con una formulación bastante simple. Sin embargo, estimar estos términos puede ser muy difícil fuera de un laboratorio (consulte la discusión de estos términos a continuación).
Al igual que los modelos cuadráticos de Bingham y O’Brien, Hershel Bulkley tiene un límite de fluencia. Este límite elástico tiene las mismas unidades y métodos que los otros modelos, por lo que se especifica en la misma ubicación de Componentes de corte que los otros modelos. Sin embargo, el coeficiente frente a la cepa ya no es una simple viscosidad dinámica de mezcla. Debido a que Herschel-Bulkley eleva la deformación a una potencia, las unidades del coeficiente divergen de las unidades de viscosidad simples para cualquier potencia distinta de 1. Por lo tanto, si n ≠ 1, K no es una viscosidad física, sino simplemente un coeficiente empírico de la función de potencia. No es apropiado utilizar las ecuaciones de viscosidad para este coeficiente. Por lo tanto, si los usuarios seleccionan el método Herschel-Bulkley generalizado, las opciones de Viscosidad dinámica de mezcla dejan de estar disponibles y los términos Herschel-Bulkley se activan
¿Cuál modelo elegir?
La elección del modelo depende del tipo de fluido no newtoniano que estés modelando:
- Si el fluido tiene un umbral de fluencia:
Usa Bingham para simplicidad.
Usa Herschel-Bulkley si además presenta comportamiento no lineal.
- Si el fluido tiene un comportamiento complejo y no lineal:
Usa Herschel-Bulkley o la ecuación de O»Brien, dependiendo de la disponibilidad de datos para calibración.
- Puedes elegir la ubicación donde quieres instalar QGIS. Por defecto, se instala en
C:\Program Files\QGIS
(esto lo puedes dejar como está).
- Puedes elegir la ubicación donde quieres instalar QGIS. Por defecto, se instala en
¡Recuerda calibrar siempre los parámetros del modelo con datos experimentales para obtener resultados confiables! 🚀
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