Métodos de simulación de fluidos aplicados a lagunas y embalses

Abstract

Existe una gran variedad de métodos para simular un fluido incompresible como el agua. Estos se pueden clasificar en diferentes tipos según utilicen partículas, una malla o una combinación de ambos como soporte de la simulación; o según el enfoque en que se aborde la incompresibilidad del fluido (débilmente compresible o realmente incompresible). Con esta variedad de opciones, es necesario comparar los métodos para asegurar la utilización del más adecuado, considerando las ventajas y desventajas de cada uno. Por ello, se analizan de manera general algunos de estos métodos con un escenario específico en mente: un lago con una entrada y una salida de agua en régimen estacionario. El objetivo es discernir cuál de estos métodos es mejor para llevar a cabo dicha simulación, o tiene el menor número de problemas en cuanto a las condiciones de contorno, aplicación de fuerzas externas, o inestabilidades numéricas. Finalmente, se presenta un caso de prueba sencillo empleando la opción considerada más adecuada. Los resultados de este artículo se emplearán en futuros trabajos en el estudio de blooms de cianobacterias en dichos cuerpos acuáticos.

There are various methods to simulate an incompressible fluid such as water. These can be grouped into different types according to their simulation framework (grid-based, particle-based, or mixed) or how they approach the fluid’s incompressibility (weakly compressible or truly incompressible). Facing such variety to choose from, a comparison between them becomes a must to ensure the method used in the simulation scenario is adequate, considering their advantages and disadvantages in the different aspects of the simulation. A general analysis of some of these methods will be done with a specific scenario in mind: a stationary lake with one water entrance and one exit. The aim will be to discern which of the studied methods is better suited to carry out this simulation with the minor problems regarding boundary conditions, external forces treatment, or numerical instabilities. Finally, a simple test case for the more adequate method is presented. This work will be ultimately used in the study of lake cyanobacteria blooms.