Análise da turbulência nas correntes de densidade em configuração lock-release

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Sosa, Sara María Mata
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul; Escola Politécnica; Brasil; PUCRS; Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
• Palavras-chave em Português: Correntes de Densidades; Correntes de Turbidez; Configuração Confinada; Turbulência; Balanço de Energia Cinética Turbulenta; Variância da Concentração de Massa; Density Currents; Turbidity Currents; Confined Configuration; Turbulence; Turbulent Kinetic Energy Budget; Scalar Variance; ENGENHARIAS
• Link de acesso: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11050

As correntes de densidade são fluxos impulsionados por diferenças de massa específica entre a corrente e o fluido ambiente. Quando a diferença de massa específica é devido a partículas em suspensão, a corrente é chamada de corrente de turbidez, com concentração de partículas. Estas partículas são caracterizadas pela velocidade de sedimentação (us). Na interface entre a corrente e o fluido ambiente, desenvolve-se uma zona de mistura, onde estruturas complexas são geradas pela interação de cisalhamento, flutuabilidade e turbulência, desencadeando processos como arrastamento e mistura. A quantidade que caracteriza a turbulência é o número de Reynolds (Re). As correntes de densidade de O(Re4) consideram se turbulentas. Neste estudo são simuladas correntes de densidade para Re = 3450, 8950 e 15000, e correntes de turbidez de Re = 8950 com concentração de partículas monodispersas de us = 0.006, 0.0125 e 0.029, na configuração lock-release usando Simulação Numérica Direta e Simulação Implícita de Grandes Escalas. É utilizado o código de alta ordem Xcompact3d para resolver as equações de Navier-Stokes e de transporte do escalar, na aproximação de Boussinesq numa malha cartesiana. A dinâmica da propagação das correntes é caracterizada a través das grandezas globais; posição da frente (xf ), velocidade da frente(uf ), concentração (ϕhc) e altura da cabeça hc da corrente de densidade, encontrando leis de potência de uf e hc em função us. A abordagem estatística de decomposição de Reynolds é aplicada para calcular as flutuações de velocidade e concentração, para os regimes slumping, inercial e viscoso. Estuda-se o balanço de energia cinética turbulenta (ECT) e da variância da flutuação da concentração de massa (VCM) para todos os tempos de simulação, encontrando tendências que caracterizam os regimes da dinâmica da propagação das correntes de densidade. As estruturas turbulentas foram caracterizadas usando o critério Q. Verificou-se a relação das estruturas turbulentas com ECT e VCM, concluindo que valores máximos tem-se com o break-down dos vórtices, nos tempos finais do regime slumping