COLLECTIONS

Documents published in Scipedia

• Characterization of wood-laden flows in rivers

  V. Ruiz-Villanueva, E. Bladé, D. Ravazzolo, E. Wohl

  Earth surface processes and landforms (2019). Vol. 44 (9), pp. 1694-1709

  
  

  Abstract

  Inorganic sediment is not the only solid-fraction component of river flows; flows may also carry significant amounts of large organic material (i.e., large wood), but the characteristics of these wood-laden flows (WLF) are not well understood yet. With the aim to shed light on these relatively unexamined phenomena, we collected home videos showing natural flows with wood as the main solid component. Analyses of these videos as well as the watersheds and streams where the videos were recorded allowed us to define for the first time WLF, describe the main characteristics of these flows and broaden the definition of wood transport regimes (adding a new regime called here hypercongested wood transport). According to our results, WLF may occur repeatedly, in a large range of catchment sizes, generally in steep, highly confined single thread channels in mountain areas. WLF are typically highly unsteady and the log motion is non-uniform, as described for other inorganic sediment-laden flows (e.g., debris flows). The conceptual integration of wood into our understanding of flow phenomena is illustrated by a novel classification defining the transition from clear water to hypercongested, wood and sediment-laden flows, according to the composition of the mixture (sediment, wood, and water). We define the relevant metrics for the quantification and modelling of WLF, including an exhaustive discussion of different modelling approaches (i.e., Voellmy, Bingham and Manning) and provide a first attempt to simulate WLF. We draw attention to WLF phenomena to encourage further field, theoretical, and experimental investigations that may contribute to a better understanding of flows river basins, leading to more accurate predictions, and better hazard mitigation and management strategies.

  Abstract
  Inorganic sediment is not the only solid-fraction component of river flows; flows may also carry significant amounts of large organic material (i.e., large wood), but the [...]

  • 3
  •  read

• IberHABITAT: evaluación de la Idoneidad del Hábitat Físico y del Hábitat Potencial Útil para peces. Aplicación en el río Eume

  M. Sanz-Ramos, E. Bladé, A. Palau, D. Vericat, A. Ramos-Fuentes

  Revista Iberoaméricana del Agua (2019). Vol. 6 (2), pp. 158-167

  
  

  Abstract

  La caracterización y cuantificación del Hábitat Potencial Útil (HPU) para peces fluviales a partir de modelos de simulación hidráulica se ha basado tradicionalmente en la utilización de modelos hidráulicos unidimensionales, los cuales han sido técnicamente superados, aunque no con igual robustez ni expansión de uso, por modelos bidimensionales (2D). Por ello, se ha desarrollado un nuevo módulo en la herramienta de simulación hidráulica 2D Iber para evaluar la Idoneidad del Hábitat Físico (IHF), que a su vez es una variable básica para la estimación del HPU. El modelo se aplicó a un caso de estudio consistente en la evaluación del hábitat disponible para la trucha común (Salmo trutta), para sus tres estadios de desarrollo, en función de dos variables hidráulicas (calado y velocidad). El desarrollo del modelo ha permitido evaluar de manera directa la IHF y el HPU, así como obtener relaciones Caudal-HPU.

  Abstract
  La caracterización y cuantificación del Hábitat Potencial Útil (HPU) para peces fluviales a partir de modelos de simulación hidráulica [...]

  • 6
  •  read

• Monitoring and modelling instream wood in rivers

  V. Ruiz-Villanueva, L. Burki, N. Galatioto, E. Bladé, C. Gamberini, W. Bertoldi, M. Stoffel

  Ingenieurbiologie (2019). Vol. 19 (1), pp. 14-20

  
  

  Abstract

  During the past three years the WoodFlow project (2015-2019), funded by the Federal Office for the Environment) aimed to develop the knowledge and methods to analyse instream large wood dynamics and to mitigate potential wood-related hazards in Swiss rivers. This paper presents part of the relevant results related to the analysis of the spatial and temporal variability of large wood transport, which was done by remote sensed monitoring and numerical modelling.

  Abstract
  During the past three years the WoodFlow project (2015-2019), funded by the Federal Office for the Environment) aimed to develop the knowledge and methods to analyse instream [...]

  • 4
  •  read

• Evaluación numérico-experimental del comportamiento histérico del coeficiente de rugosidad de los macrófitos

  M. Sanz-Ramos, E. Bladé, D. Niñerola, A. Palau-Ibars

  Ingeniería del agua (2018). Vol. 22 (3), pp. 109-124

  
  

  Abstract

  La problemática asociada al crecimiento masivo de macrófitos en el Bajo Ebro ha llevado a autoridades y gestores a examinar la posibilidad de paliar los efectos negativos que producen sobre el sistema hídrico, y los usos del agua, mediante la realización de avenidas controladas periódicas que provoquen su remoción. El presente trabajo tiene como objetivo principal evaluar el comportamiento hidráulico de los macrófitos mediante simulación numérica (modelo Iber) y su comparación con datos de campo, con el fin de explorar las mejores opciones posibles para diseñar avenidas controladas más eficaces. Para ello se han empleado diferentes relaciones entre el coeficiente de rugosidad y la altura de agua bajo tres enfoques distintos (constante, variable y variable con histéresis) a fin de calibrar el modelo numérico con los datos de campo. Se ha podido observar que el mejor ajuste se produce cuando dichas curvas son de tipo variable con histéresis (diferente rama de subida que de bajada).

  Abstract
  La problemática asociada al crecimiento masivo de macrófitos en el Bajo Ebro ha llevado a autoridades y gestores a examinar la posibilidad de paliar los efectos [...]

  • 1
  •  read

• Análisis numérico 3D de una rotura de presa utilizando el método VOF y el modelo de turbulencia LES

  E. Sánchez-Cordero, J. Boix, M. Gómez, E. Bladé

  Ingeniería del agua (2018). Vol. 22 (3), pp. 167-176

  
  

  Abstract

  El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación se realizó utilizando el software de dinámica de fluidos computacional (CFD) basado en el método de volúmenes finitos (FVM) – OpenFOAM. En el modelo numérico la turbulencia es tratada con la metodología LES (Large Eddy Simulation) y el método VOF (Volume of Fluid) es usado para la captura de la superficie libre del agua. Los resultados numéricos obtenidos se comparan con datos experimentales publicados haciendo uso de las variables de calado y presión. Los resultados muestran que la configuración del código numérico 3D es capaz de reproducir satisfactoriamente la variación temporal de las variables en estudio, con tendencias correctas y una alta correlación con los valores experimentales.

  Abstract
  El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación [...]

  • 2
  •  read

• Modelación numérica de flujo mixto en conductos cerrados con esquemas en volúmenes finitos

  J. Aragón, E. Bladé

  Tecnología y ciencias del agua (2017). Vol. VIII (3), pp. 127-142 (Preprint)

  
  

  Abstract

  En este trabajo se presenta un modelo numérico para la simulación de flujo mixto (flujo en lámina libre y flujo en presión) en conductos cerrados a través de las ecuaciones de Saint Venant en una dimensión para flujo en lámina libre y con el método de la ranura de Preissmann para considerar el flujo en presión. Para la resolución de las ecuaciones se emplea el método de los volúmenes finitos con un esquema de alta resolución. El esquema utilizado es el método de Godunov con el Riemann solver de Roe de primer orden de precisión, más unas correcciones de segundo orden para obtener el esquema de alta resolución WAF-TVD. El flujo mixto es un fenómeno bastante común en colectores pluviales, túneles, tuberías de obras de toma de instalaciones hidroeléctricas, llenado/vaciado de tuberías, colectores de almacenamiento, etcétera. La entrada en carga en los conductos se puede generar desde el extremo aguas abajo, desde el extremo aguas arriba y por ambos extremos simultáneamente, siendo la primera la más común y, por lo tanto, la evaluada en este trabajo. Para demostrar la actuación del modelo, éste se aplica a un caso de referencia y a dos ensayos de laboratorio existentes en la literatura técnica. Los resultados obtenidos muestran que el modelo numérico es capaz de reproducir los experimentos con buena precisión. Con ello se demuestra que el modelo es idóneo para simular flujo en lámina libre en régimen lento, rápido y transcrítico (de lento a rápido y de rápido a lento), y flujo mixto.

  Abstract
  En este trabajo se presenta un modelo numérico para la simulación de flujo mixto (flujo en lámina libre y flujo en presión) en conductos cerrados [...]

  • 2
  •  read

• Improvements in speed for explicit, transient compressible flow solvers

  R. Lohner, H. Luo, J. Baum, D. Rice

  Int. J. Numer. Meth. Fluids (2008). Vol. 56 (12), pp. 2229-2244

  
  

  Abstract

  Several explicit high‐resolution schemes for transient compressible flows with moving shocks are combined in such a way so as to achieve the highest possible speed without compromising accuracy. The main algorithmic changes considered comprise the following: replacing limiting and approximate Riemann solvers by simpler schemes during the initial stages of Runge–Kutta solvers, and only using limiting and approximate Riemann solvers for the last stage; automatically switching to simpler schemes for smooth flow regions; automatic deactivation of quiescent regions; and unstructured grids with cartesian cores or embedded cartesian grids. The results from several examples demonstrate that speedup factors of 1:4 are attainable without compromising the accuracy of the traditional FCT schemes.

  Abstract
  Several explicit high‐resolution schemes for transient compressible flows with moving shocks are combined in such a way so as to achieve the highest possible speed without [...]

  • 1
  •  read

• Comparison of body‐fitted, embedded and immersed solutions of low Reynolds‐number 3‐D incompressible flows

  R. Lohner, S. Appanaboyina, J. Cebral

  Int. J. Numer. Meth. Fluids (2007). Vol. 57 (1), pp. 13-30

  
  

  Abstract

  The solutions obtained for low Reynolds‐number incompressible flows using the same flow solver and solution technique on body‐fitted, embedded surface and immersed body grids of similar size are compared. The cases considered are a sphere at Re  = 100 and an idealized stented aneurysm. It is found that the solutions using all these techniques converge to the same grid‐independent solution. On coarser grids, the effect of higher‐order boundary conditions is noticeable. Therefore, if the manual labor required to set up a body‐fitted domain is excessive (as is often the case for patient‐specific geometries with medical devices), and/or computing resources are plentiful, the embedded surface and immersed body approaches become very attractive options.

  Abstract
  The solutions obtained for low Reynolds‐number incompressible flows using the same flow solver and solution technique on body‐fitted, embedded surface and immersed body [...]

  • 2
  •  read

• Computational fluid dynamics of stented intracranial aneurysms using adaptive embedded unstructured grids

  S. Appanaboyina, F. Mut, R. Lohner, C. Putman, J. Cebral

  Int. J. Numer. Meth. Fluids (2008). Vol. 57 (5), pp. 475-493

  
  

  Abstract

  Recently, there has been increased interest in the use of stents as flow diverters in the endovascular treatment of cerebral aneurysms as an alternative to surgical clipping or endovascular embolization with coils. The aim of aneurysm stenting is to block the flow into the aneurysm in order to clot the blood inside the aneurysm and effectively isolate it from the circulation and prevent bleeding from the aneurysm. A hybrid meshing approach that combines body‐fitted grids for the vessels and adaptive embedded grids for the stents is proposed and analyzed. This strategy simplifies considerably the geometry modeling problem and allows accurate patient‐specific hemodynamic simulations with endovascular devices. This approach is compared with the traditional body‐fitted approach in the case of the flow around a circular cylinder at representative Reynolds number and an idealized aneurysm model with a stent. A novel technique to map different stent designs to a given patient‐specific anatomical model is presented. The methodology is demonstrated on a patient‐specific hemodynamic model of an aneurysm of the internal carotid artery constructed from a 3D rotational angiogram and stented with two different stent designs. The results show that the methodology can be successfully used to model patient‐specific anatomies with different stents thereby making it possible to explore different stent designs

  Abstract
  Recently, there has been increased interest in the use of stents as flow diverters in the endovascular treatment of cerebral aneurysms as an alternative to surgical clipping [...]

  • 3
  •  read

• A discontinuous Galerkin method based on a Taylor basis for the compressible flows on arbitrary grids

  H. Luo, J. Baum, R. Lohner

  Journal of Computational Physics (2008). Vol. 227 (20), pp. 8875-8893

  
  

  Abstract

  A discontinuous Galerkin method based on a Taylor basis is presented for the solution of the compressible Euler equations on arbitrary grids. Unlike the traditional discontinuous Galerkin methods, where either standard Lagrange finite element or hierarchical node-based basis functions are used to represent numerical polynomial solutions in each element, this DG method represents the numerical polynomial solutions using a Taylor series expansion at the centroid of the cell. Consequently, this formulation is able to provide a unified framework, where both cell-centered and vertex-centered finite volume schemes can be viewed as special cases of this discontinuous Galerkin method by choosing reconstruction schemes to compute the derivatives, offer the insight why the DG methods are a better approach than the finite volume methods based on either TVD/MUSCL reconstruction or essentially non-oscillatory (ENO)/weighted essentially non-oscillatory (WENO) reconstruction, and has a number of distinct, desirable, and attractive features, which can be effectively used to address some of shortcomings of the DG methods. The developed method is used to compute a variety of both steady-state and time-accurate flow problems on arbitrary grids. The numerical results demonstrated the superior accuracy of this discontinuous Galerkin method in comparison with a second order finite volume method and a third-order WENO method, indicating its promise and potential to become not just a competitive but simply a superior approach than its finite volume and ENO/WENO counterparts for solving flow problems of scientific and industrial interest.

  Abstract
  A discontinuous Galerkin method based on a Taylor basis is presented for the solution of the compressible Euler equations on arbitrary grids. Unlike [...]

  • 3
  •  read