8.2: Perspectiva hidrodinámica

La dinámica del transporte de sedimentos podría verse como parte del campo de flujos bifásicos: flujos de un fluido que contiene en su interior partículas discretas de algún sólido o incluso de algún otro fluido inmiscible. En consecuencia, hay flujos de líquido con partículas sólidas, flujos de líquido con partículas líquidas (gotas), flujos de líquido con partículas de gas (burbujas), flujos de gas con partículas sólidas y flujos de gas con gotas de líquido. (¡La naturaleza de los gases impide la existencia de flujos de gas con burbujas de gas!) La fase incluida puede ser más densa o menos densa que la fase inclusiva.

Los flujos turbulentos de transporte de sedimentos son mucho más importantes que los flujos laminares de transporte de sedimentos, aunque algunos flujos laminares transportan sedimentos. Los flujos turbulentos de transporte de sedimentos representan uno de los problemas más difíciles en toda la mecánica de fluidos, en parte porque la presencia de la fase incluida altera la estructura de turbulencia de la fase inclusiva, y en parte porque en muchos casos el límite de flujo consiste en las propias partículas de sedimento, y entonces el flujo puede dar forma a su propio límite pero a su vez se ve afectado por ese límite conformado. Es la retroalimentación o interacción mutua entre un flujo de movimiento de sedimentos y su límite de sedimento deformable que se encuentra en el corazón de tantos flujos que mueven partículas sólidas.

La figura\(\PageIndex{1}\) puede ser útil para darle alguna perspectiva sobre la complejidad de los flujos de transporte de sedimentos. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra los cambios en la naturaleza esencial del flujo, comenzando con flujo turbulento en un conducto cerrado y terminando en flujo de transporte de sedimentos sobre un lecho sedimentario suelto. El paso de una tubería circular a un conducto rectangular agrega la presencia de una circulación secundaria débil pero no despreciable, mientras que la estructura de la turbulencia de flujo de cizalla no es muy diferente. En el siguiente paso, a un canal rectangular abierto, la estructura de turbulencia vuelve a ser solo ligeramente diferente, al igual que las circulaciones secundarias, pero la superficie libre deformable produce efectos bastante diferentes en flujos inestables, como se ha visto en el Capítulo 5. El siguiente paso, a un canal rectangular con un lecho sedimentario suelto, es el grande: debido a que el flujo puede moldear el lecho, y el lecho a su vez tiene un fuerte efecto sobre el flujo, la estructura de turbulencia y la geometría de superficie libre son significativamente diferentes en ciertos rangos de flujo. El último paso, a un canal con bancos erosionables, hace que la geometría del lecho sea muy diferente, al menos en ciertos rangos de flujo.

Figura\(\PageIndex{1}\): Perspectiva sobre la complejidad de los flujos de transporte de sedimentos.