Nueva metodología para la calibración de modelos hidrodinámicos en el flujo a superficie libre en canales curvos
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.n83a11Palabras clave:
canal curvo, modelo hidrodinámico, diseño de experimentos, falta de ajuste, calibración de modelos numéricosResumen
Se propone una nueva metodología para la calibración de modelos hidrodinámicos a partir de la aplicación del diseño estadístico de experimentos. Un modelo hidrodinámico Euleriano-Euleriano homogéneo se usa para realizar los experimentos numéricos, el cual está incorporado en el software comercial CFX de Ansys Inc. En la etapa de calibración se utiliza un diseño factorial fraccionado, 27-2, seguido de un diseño Draper-Lin de segundo orden, para encontrar el punto óptimo de la calibración. Se introduce un nuevo método para generar los niveles de los puntos al centro necesarios para la realización de la prueba de falta de ajuste, logrando configurar una metodología validada para la calibración de modelos hidrodinámicos determinísticos con varios factores de entrada. Se logra un modelo de regresión de segundo orden para la predicción del punto óptimo de las simulaciones, con una aceptable precisión en la predicción de la variable de respuesta analizada.
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Citas
H. Gutiérrez and R. de la Vara, Análisis y diseño de experimentos, 2nd ed. Mexico City, Mexico: McGraw-Hill, 2008.
D. C. Montgomery, Diseño y análisis de experimentos, 2nd ed. Mexico City, Mexico: Limusa Wiley, 2004.
S. U. Quiroz, “Diseño de experimentos en simulación,” M.S. thesis, University of the Andes, Mérida, Venezuela, 1992.
J. A. Barra, A. Ferreira, F. Leal, and F. A. Silva, “Application of design of experiments on the simulation of a process in an automotive industry,” in 39th Winter Simulation Conf. (WSC): 40 Years! The Best is Yet to Come, Washington, D.C., USA, 2007, pp. 1601–1609.
K. P. Bowman, J. Sacks, and Y. F. Chang, “Design and analysis of numerical experiments,” J. Atmospheric Sciences, vol. 50, no. 9, pp. 1267–1278, 1993.
J. C. Salazar and A. Baena, “Análisis y diseño de experimentos aplicados a estudios de simulación,” DYNA, vol. 76, no. 159, pp. 249-257, 2009.
R. G. Sargent, “Verification and validation of simulation models,” in 39th Winter Simulation Conf. (WSC): 40 Years! The Best is Yet to Come, Washington, D.C., USA, 2007, pp. 124-137.
D. C. Montgomery, E. A. Peck, and G. G. Vining, Introduction to linear regression analysis, 5th ed. New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2012.
G. Joglekar, J. H. Schuenemeyer, and V. LaRiccia, “Lack-of-fit testing when replicates are not available,” The American Statistician, vol. 43, no. 3, pp. 135-143, 1989.
Ansys Inc., ANSYS CFX-Pre User's Guide, 2013. [Online]. Available: http://148.204.81.206/Ansys/150/ANSYS%20CFX-Pre%20Users%20Guide.pdf. Accessed on: Sep. 13, 2016.
R. Igreja, “Numerical simulation of the filling and curing stages in reaction injection moulding, using CFX,” M.S. thesis, University of Aveiro, Aveiro, Portugal, 2007.
S. Han, A. S. Ramamurthy, and P. M. Biron, “Characteristics of flow around open channel 90˚ bends with vanes,” Journal of Irrigation and Drainage Engineering, vol. 137, no. 10, pp. 668-676, 2011.
W. van Balen “Curved open-channel flows a numerical study,” Ph.D. dissertation, Delft University of Technology, Delft, Netherlands, 2010.
A. van Sabben, “Sharp bend flow: Comparison of Delft3D-FLOW with LES and measurements for sharp bends,” M.S. thesis, Delft University of Technology, Delft, Netherlands, 2010.
M. M. Ahmadi, S. A. Ayyoubzadeh, M. Montazeri, and J. Samani, “A 2D Numerical Depth-averaged Model for Unsteady Flow in Open Channel Bends,” Journal of Agricultural Science and Technology, vol. 11, no. 4, pp. 457-468, 2009.
C. G. Song, I. W. Seo, and Y. D. Kim, “Analysis of secondary current effect in the modeling of shallow flow in open channels,” Advances in Water Resources, vol. 41, pp. 29-48, 2012.
M. Tritthart and D. Gutknecht, “Three-Dimensional Simulation of Free-Surface Flows Using Polyhedral Finite Volumes,” Engineering Application of Computational Fluid Mechanics, vol. 1, no 1, pp. 1-14, 2007.
M. Montazeri, R. Sadat, G. Hashemi, and M. Ghaeini, “3D numerical simulation of supercritical flow in bends of channel,” in International Conference on Mechanical, Automotive and Materials Engineering (ICMAME), Dubai, United Arab Emirates, 2012, pp. 167-171.
B. W. Matthews, C. Fletcher, and A. C. Partridge, “Computational simulation of fluid and dilute particulate flows on spiral concentrators,” Applied Mathematical Modelling, vol. 22, no. 12, pp. 965-979, 1998.
C. J. Willmott, “On the validation of models,” Phys. Geogr., vol. 2, no. 2, pp. 184-194, 1981.
C. J. Willmott, “Some comments on evaluation of model performance,” Bull. American Meteorol. Soc., vol. 63, no. 11, pp. 1309-1313, 1982.
M. H. Hsu, A. Y. Kuo, J. T. Kuo, and W. C. Liu, “Procedure to calibrate and verify numerical models of estuarine hydrodynamics,” Journal of Hydraulic Engineering, vol. 125, no. 2, pp. 166-182, 1999.
P. Krause, D. P. Boyle, and F. Bäse, “Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment,” Advances in Geosciences, vol. 5, pp. 89-97, 2005.
S. Alexandris, R. Stricevic, and S. Petkovic, “Comparative analysis of reference evapotranspiration from the surface of rainfed grass in central Serbia, calculated by six empirical methods against the Penman-Monteith formula,” European Water, vol. 21, no. 22, pp. 17-28, 2008.
C. Palacio, G. Francisco, and U. García, “Calibración de un modelo hidrodinámico 2D para la bahía de Cartagena,” DYNA, vol. 77, no. 164, pp. 152-166, 2010.
F. García, C. Palacio, and U. García, “Generación de mallas no estructuradas para la implementación de modelos numéricos,” DYNA, vol. 76, no. 157, pp. 17-25, 2009.
F. A. Fragala and N. Obregón, “Estimación de la recarga media anual en los acuíferos de la sabana de Bogotá,” Ingeniería y Universidad, vol. 15, no. 1, pp. 145-169, 2011.
R. Ghobadian and K. Mohammadi, “Simulation of subcritical flow pattern in 180° uniform and convergent open-channel bends using SSIIM 3-D model,” Water Science and Engineering, vol. 4, no. 3, pp. 270-283, 2011.
C. F. Velásquez and F. M. Toro, “Calibración y validación de un modelo en computador para simular el golpe de ariete en redes cerradas,” Avances en Recursos Hidráulicos, no. 13, pp. 23-36, 2006.
A. Baghlani, “On various dispersion models for simulating flow at channel bends,” IJSTC Transactions of Civil Engineering, vol. 37, no. 2, pp. 285-299, 2013.
A. Gholami, A. A. Akhtari, Y. Minatour, H Bonakdari, and A. A. Javadi, “Experimental and Numerical Study on Velocity Fields and Water Surface Profile in a Strongly-Curved 90° Open Channel Bend,” Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, vol. 8, no. 3, pp. 447-461, 2014.
A. Gholami, H. Bonakdari, A. H. Zaji, and A. A. Akhtari, “Simulation of open channel bend characteristics using computational fluid dynamics and artificial neural networks,” Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, vol. 9, no. 1, pp. 355-369, 2015.
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