[es] Desarrollo y validación de modelos de turbulencia para Reynolds-Averaged y Partially-Averaged Navier-Stokes en tres dimensiones. Aplicación a flujo en canales abiertos curvos y meandriformes Entender y ser capaz de predecir el comportamiento del flujo en canales abiertos curvos y meandriformes es un elemento crucial en ingeniería fluvial. El presente documento analiza este tipo de casos mediante la aplicación de modelos computacionales tridimensionales y no hidrostáticos basados en las ecuaciones de conservación de masa y momentum de Navier-Stokes. Dado que la turbulencia es omnipresente en flujos ambientales y que su influencia es extremadamente relevante, se analizó el efecto producido por diferentes modelos de cierre para el término turbulento en tres escenarios: un canal curvo de 270°, un canal meandriforme consistente en una sucesión de dos curvas alternas y un meandro infinito. El análisis se centra específicamente en la descripción del flujo secundario, los mecanismos de generación y la evolución de las estructuras coherentes y la interdependencia de lo anterior con las tensiones tangenciales. Los modelos empleados en este trabajo se pueden encuadrar en tres familias principales atendiendo al modo en que resuelven o aproximan las tensiones turbulentas: URANS, PANS y LES. Las predicciones obtenidas en dichas en estas simulaciones han sido comparadas y validadas numérica y experimentalmente. La influencia de parámetros como la condición de contorno de entrada del flujo y la discretización del término convectivo de la ecuación de momentum recibió particular atención. Los resultados revelan que determinadas configuraciones de PANS predicen con acierto los flujos primario y secundario, así como la estructura de la turbulencia, con respecto a los datos experimentales y simulaciones hechas con LES. URANS combinado con el modelo de turbulencia k-ε produce simulaciones robustas y fiables para los escenarios considerados, en especial del flujo primario, pero manifiesta deficiencias en la predicción de algunos mecanismos del flujo secundario y la cuantificación de la energía cinética turbulenta debido al exceso de disipación. Se han aplicado modelos no-lineales para la predicción de la viscosidad turbulenta en combinación con URANS; los resultados son irregulares y, en general, no mejoraron la capacidad predictiva de k-ε. Los resultados señalan que el desarrollo de la turbulencia y la 'memoria' previa del flujo tras recorrer sucesivas curvas alternas en canales meandriformes son clave para definir la estructura y magnitud del flujo secundario. Esta investigación muestra como estructuras coherentes formadas en curvas consecutivas interactúan entre sí y son recicladas entre un meandro y el siguiente, lo cual tiene importantes repercusiones para el transporte de sedimentos y contaminantes en flujos ambientales. Las fluctuaciones turbulentas identificadas en los canales en curva son intensamente anisotrópicas y no pueden ser descritas con rigor exclusivamente por modelos basados en hipótesis de turbulencia isotrópica. Este trabajo servirá de base a nuevas líneas de investigación sobre el desarrollo de modelos dinámicos inspirados en PANS capaces de producir herramientas predictivas en tres dimensiones rápidas, fiables y precisas para la ingeniería fluvial.

[gl] Desenvolvemento e validación de modelos de turbulencia para Reynolds-Averaged e Partially-Averaged Navier-Stokes en tres dimensións. Aplicación a fluxo en canais abertos curvos e meandriformes Entender e ser quen de predicir o comportamento do fluxo en canles abertos curvos e meandriformes é un elemento crucial para a enxeñería fluvial. O presente documento analiza este tipo de casos mediante a utilización de modelos computacionais tridimensionais e non hidrostáticos baseados nas ecuacións de conservación da masa e o momentum de Navier-Stokes. Dado que a turbulencia é omnipresente en fluxos ambientais e que a sua influencia é extremadamente relevante, este traballo analiza o efecto dunha variedade de modelos de peche para o termo que encapsula a aportación das fluctuacións turbulentas en tres escenarios: un canal curvo de 270°, un canal meandriforme consistente nunha sucesión de dúas curvas contrapostas e un meandro infinito. A análise céntrase específicamente na descripción do fluxo secundario, os mecanismos de xeración e regulación das estruturas coherentes e a súa influencia na distribución das tensións tanxenciais. Os modelos empregados nesta investigación pódense encadrar dentro de tres familias fundamentais que se diferenzan no xeito en que resolven ou aproximan as tensións turbulentas: URANS, PANS e LES. As prediccións obtidas nestas simulacións foron comparadas e validadas numérica e experimentalmente. A influenza nos resultados de parámetros numéricos como a condición de contorno de entrada e a discretización do termo convectivo da ecuación de momentum recibiu particular atención. Os resultados mostran que determinadas configuracións de PANS predín particularmente ben os fluxos primario e secundario e a estrutura da turbulencia con respecto aos datos experimentais e os resultados obtidos con LES. URANS combinado co modelo de turbulencia k-ε produce simulacións robustas e fiábeis para os escenarios considerados, pero manifesta deficiencias na predicción dalgúns mecanismos do fluxo secundario e a cuantificación da enerxía cinética turbulenta debido ao exceso de disipación. Implementáronse modelos non lineais baseados no concepto de viscosidade turbulenta en cobinación con URANS; os resultados foron irregulares e, en xeral, non melloraron a capacidade predictiva de k-ε. Os resultados sinalan que o desenvolvemento da turbulencia e a 'memoria' previa do fluxo tras percorrer sucesivas curvas alternas en canais meandriformes son cruciais para definir a estrutura e magnitude do fluxo secundario. Esta investigación amosa como estruturas coherentes formadas en curvas consecutivas interaccionan entre si e son recicladas entre un meandro e o seguinte, o cal ten importantes repercusións para o transporte de sedimentos e contaminantes en fluxos ambientais. As fluctuacións turbulentas identificadas nos canais en curva son intensamente anisotrópicas e non poden ser descritas con rigor e exclusivamente por modelos baseados en hipóteses de turbulencia isotrópica. Este traballo servirá como base a novas liñas de investigación para o desenvolvemento de modelos dinámicos inspirados en PANS que produzan ferramentas predictivas tridimensionais rápidas, fiables e precisas para enxeñería fluvial.