Análisis numérico de vientos de origen ​​térmico en regiones montañosas y valles

Esta tesis doctoral tiene como objetivo simular vientos de origen térmico en sistemas valle-montaña, usando OpenFOAM, un software de código abierto de dinámica de fluidos computacional (CFD). Los vientos de origen térmico se producen en regiones montañosas y valles debido a los gradientes de temperatura inducidos por el ciclo diurno de calentamiento y enfriamiento de la atmósfera baja. El mercado energético actual está particularmente interesado en dichos vientos porque tienen mayor regularidad y periodicidad que los vientos sinópticos y, por tanto, son más fácilmente predecibles. 

En la primera fase de esta investigación, el modelo de turbulencia Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) k–ε se valida en una geometría 3D, comparando sus resultados con resultados de large-eddy simulations (LES) disponibles en la literatura. Luego, se crea un modelo computacional de una configuración idealizada de montaña-valle en 2D para imitar los vientos de origen térmico. En este trabajo, se examinan las condiciones de contorno (CC) de la frontera superior del dominio fluido, y las condiciones iniciales (CI) de temperatura y la presión de campo más adecuadas. Se usa un solver transitorio para abordar el flujo turbulento y flotante de fluidos incompresibles. A diferencia de los mecanismos tradicionales de convección de fluidos, asociados con gradientes de presión, en nuestro caso la flotabilidad es la fuerza impulsora de la convección de los vientos de origen térmico estudiados. 

En este trabajo, la temperatura depende linealmente de la altitud, que se impone como CC en la ladera de la montaña, lo que da como resultado la correcta generación de viento de origen térmico. También se explora la altura mínima del dominio computacional requerida para replicar con éxito los vientos de origen térmico, al igual que los efectos en los resultados de usar unas CI dependientes e independientes de la altitud. 

Finalmente, una amplia gama de simulaciones numéricas permiten investigar la influencia de varias funciones de pared en el modelado de flujos de origen térmico. En resumen, se concluye que los modelos CFD pueden replicar estos complejos flujos de capa límite atmosférica con suficiente precisión, lo que puede ayudar a determinar los aerogeneradores más adecuados para sitios específicos en regiones montañosas.