Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Morais, Cristina Lima de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Doutorado em Engenharia Ambiental
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Emissão de partículas
Leito de partículas
Pilhas de estocagem
Simulação de grandes escalas
Análise de similaridade
Particles emission
Particle beds
Granular stockpiles
Large-eddy simulation
Similarity analysis
Engenharia Sanitária
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/17661
Resumo: This study aims to provide a comprehensive understanding of particle behavior in both local and non-local contexts. We analyze the influence of different configurations of successive stockpiles on the re-emission potential of particles from their surroundings using the USEPA model. This analysis is important for industries that store granular materials in open yards, as it helps to understand the impact of stockpile arrangements on particle emission. However, the USEPA model relies on an empirical equation and has gaps in its consideration of non-erodible particles and their effects on turbulent structures. Additionally, the friction velocity distribution used in the model is derived from previous RANS numerical simulations, which may not be the most accurate. Moving from a non-local to a local perspective, we assess the influence of non erodible particles on the development of fluid flow structures at the particle level. We examine the role of turbulent structures in particle entrainment through LES simulations, which provide detailed information about the flow field. These simulations allowed us to generate probability density distributions of friction velocity for smooth and rough beds, which can be used to improve or develop more accurate environmental stochastic prediction models. Finally, we evaluate the similarity requirements of wind flow, particle entrainment, and particle transport in wind tunnel experiments to ensure they accurately represent real-scale scenarios. By addressing these similarity requirements, we discuss the conditions under which wind tunnel experiments can reliably simulate real conditions, which is essential for the future applicability of our findings
id UFES_280ed2f79d115a82873edd46a2c062bd
oai_identifier_str oai:repositorio.ufes.br:10/17661
network_acronym_str UFES
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
repository_id_str
spelling Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamicsEmissão de partículasLeito de partículasPilhas de estocagemSimulação de grandes escalasAnálise de similaridadeParticles emissionParticle bedsGranular stockpilesLarge-eddy simulationSimilarity analysisEngenharia SanitáriaThis study aims to provide a comprehensive understanding of particle behavior in both local and non-local contexts. We analyze the influence of different configurations of successive stockpiles on the re-emission potential of particles from their surroundings using the USEPA model. This analysis is important for industries that store granular materials in open yards, as it helps to understand the impact of stockpile arrangements on particle emission. However, the USEPA model relies on an empirical equation and has gaps in its consideration of non-erodible particles and their effects on turbulent structures. Additionally, the friction velocity distribution used in the model is derived from previous RANS numerical simulations, which may not be the most accurate. Moving from a non-local to a local perspective, we assess the influence of non erodible particles on the development of fluid flow structures at the particle level. We examine the role of turbulent structures in particle entrainment through LES simulations, which provide detailed information about the flow field. These simulations allowed us to generate probability density distributions of friction velocity for smooth and rough beds, which can be used to improve or develop more accurate environmental stochastic prediction models. Finally, we evaluate the similarity requirements of wind flow, particle entrainment, and particle transport in wind tunnel experiments to ensure they accurately represent real-scale scenarios. By addressing these similarity requirements, we discuss the conditions under which wind tunnel experiments can reliably simulate real conditions, which is essential for the future applicability of our findingsEste estudo tem como objetivo proporcionar uma compreensão abrangente do comportamento de partículas levando em consideração aspectos locais e não locais. Analisamos a influência de diferentes configurações de pilhas sucessivas no potencial de reemissão de partículas de seus arredores usando o modelo USEPA. Esta análise é importante para indústrias que armazenam materiais granulares em pátios abertos, pois ajuda a entender o impacto das disposições das pilhas na emissão de partículas. No entanto, o modelo USEPA baseia-se em uma equação empírica e possui lacunas na consideração de partículas não-erodíveis e seus efeitos nas estruturas turbulentas. Além disso, a distribuição de velocidade de fricção usada no modelo é derivada de simulações numéricas RANS anteriores, que podem não proporcionar resultados mais precisos. Passando de uma perspectiva não local para uma local, avaliamos a influência de elementos não-erodíveis no desenvolvimento de estruturas turbulentas a nível de partículas. Examinamos o papel das estruturas turbulentas no entranhamento de partículas por meio de simulações LES, que fornecem informações detalhadas sobre o campo de escoamento. Essas simulações nos permitiram gerar distribuições de densidade de probabilidade da velocidade de fricção para leitos lisos e rugosos, que podem ser usadas para melhorar ou desenvolver modelos estocásticos mais precisos para estimativa de emissão de partículas. Finalmente, avaliamos os requisitos de similaridade do escoamento do vento, entranhamento de partículas e do transporte de partículas em experimentos em túnel de vento para garantir que representem cenários em escala real com precisão. Ao abordar esses requisitos de similaridade, discutimos as condições sob as quais experimentos em escala de túnel de vento podem simular de forma confiável condições reais, o que é essencial para a aplicabilidade futura de nossas descobertasCAPESUniversidade Federal do Espírito SantoBRDoutorado em Engenharia AmbientalCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalFurieri, Bruno https://orcid.org/0000-0002-9736-0250http://lattes.cnpq.br/6585455298349085Caliman, Maria Clara Schuwartz Ferreira https://orcid.org/0000-0001-9323-5041http://lattes.cnpq.br/9245815665956760Harion, Jean-Luc https://orcid.org/0000-0003-4317-9146http://lattes.cnpq.br/Co-orientador4ID do co-orientador4Lattes do co-orientador4Santos, Jane Meri https://orcid.org/0000-0003-3933-2849http://lattes.cnpq.br/0120226021957540Orientador2https://orcid.org/http://lattes.cnpq.br/https://orcid.org/0000-0003-4557-9952http://lattes.cnpq.br/3583322289076958Albuquerque, Taciana Toledo de Almeida https://orcid.org/0000-0002-6611-0283http://lattes.cnpq.br/1339985577872129Reis Junior, Neyval Costa https://orcid.org/0000-0002-6159-4063http://lattes.cnpq.br/4944106074149720Nieckele, Angela Ourivio https://orcid.org/0000-0003-4836-8931http://lattes.cnpq.br/6935503527357767Sartim, Rafael https://orcid.org/0000-0002-5678-2027http://lattes.cnpq.br/03808092494440325º membro da bancahttps://orcid.org/http://lattes.cnpq.br/6º membro da bancahttps://orcid.org/http://lattes.cnpq.br/7º membro da bancahttps://orcid.org/http://lattes.cnpq.br/Morais, Cristina Lima de2024-08-06T19:33:06Z2024-08-06T19:33:06Z2024-05-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17661engeninfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-08-06T16:54:24Zoai:repositorio.ufes.br:10/17661Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-08-06T16:54:24Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
dc.title.none.fl_str_mv Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
title Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
spellingShingle Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
Morais, Cristina Lima de
Emissão de partículas
Leito de partículas
Pilhas de estocagem
Simulação de grandes escalas
Análise de similaridade
Particles emission
Particle beds
Granular stockpiles
Large-eddy simulation
Similarity analysis
Engenharia Sanitária
title_short Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
title_full Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
title_fullStr Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
title_full_unstemmed Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
title_sort Particles emission and transport due to wind erosion on beds and stockpiles : local and non-local aspects of turbulent fluid flow dynamics
author Morais, Cristina Lima de
author_facet Morais, Cristina Lima de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Furieri, Bruno
https://orcid.org/0000-0002-9736-0250
http://lattes.cnpq.br/6585455298349085
Caliman, Maria Clara Schuwartz Ferreira
https://orcid.org/0000-0001-9323-5041
http://lattes.cnpq.br/9245815665956760
Harion, Jean-Luc
https://orcid.org/0000-0003-4317-9146
http://lattes.cnpq.br/
Co-orientador4
ID do co-orientador4
Lattes do co-orientador4
Santos, Jane Meri
https://orcid.org/0000-0003-3933-2849
http://lattes.cnpq.br/0120226021957540
Orientador2
https://orcid.org/
http://lattes.cnpq.br/
https://orcid.org/0000-0003-4557-9952
http://lattes.cnpq.br/3583322289076958
Albuquerque, Taciana Toledo de Almeida
https://orcid.org/0000-0002-6611-0283
http://lattes.cnpq.br/1339985577872129
Reis Junior, Neyval Costa
https://orcid.org/0000-0002-6159-4063
http://lattes.cnpq.br/4944106074149720
Nieckele, Angela Ourivio
https://orcid.org/0000-0003-4836-8931
http://lattes.cnpq.br/6935503527357767
Sartim, Rafael
https://orcid.org/0000-0002-5678-2027
http://lattes.cnpq.br/0380809249444032
5º membro da banca
https://orcid.org/
http://lattes.cnpq.br/
6º membro da banca
https://orcid.org/
http://lattes.cnpq.br/
7º membro da banca
https://orcid.org/
http://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.author.fl_str_mv Morais, Cristina Lima de
dc.subject.por.fl_str_mv Emissão de partículas
Leito de partículas
Pilhas de estocagem
Simulação de grandes escalas
Análise de similaridade
Particles emission
Particle beds
Granular stockpiles
Large-eddy simulation
Similarity analysis
Engenharia Sanitária
topic Emissão de partículas
Leito de partículas
Pilhas de estocagem
Simulação de grandes escalas
Análise de similaridade
Particles emission
Particle beds
Granular stockpiles
Large-eddy simulation
Similarity analysis
Engenharia Sanitária
description This study aims to provide a comprehensive understanding of particle behavior in both local and non-local contexts. We analyze the influence of different configurations of successive stockpiles on the re-emission potential of particles from their surroundings using the USEPA model. This analysis is important for industries that store granular materials in open yards, as it helps to understand the impact of stockpile arrangements on particle emission. However, the USEPA model relies on an empirical equation and has gaps in its consideration of non-erodible particles and their effects on turbulent structures. Additionally, the friction velocity distribution used in the model is derived from previous RANS numerical simulations, which may not be the most accurate. Moving from a non-local to a local perspective, we assess the influence of non erodible particles on the development of fluid flow structures at the particle level. We examine the role of turbulent structures in particle entrainment through LES simulations, which provide detailed information about the flow field. These simulations allowed us to generate probability density distributions of friction velocity for smooth and rough beds, which can be used to improve or develop more accurate environmental stochastic prediction models. Finally, we evaluate the similarity requirements of wind flow, particle entrainment, and particle transport in wind tunnel experiments to ensure they accurately represent real-scale scenarios. By addressing these similarity requirements, we discuss the conditions under which wind tunnel experiments can reliably simulate real conditions, which is essential for the future applicability of our findings
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-08-06T19:33:06Z
2024-08-06T19:33:06Z
2024-05-03
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://repositorio.ufes.br/handle/10/17661
url http://repositorio.ufes.br/handle/10/17661
dc.language.iso.fl_str_mv eng
en
language eng
language_invalid_str_mv en
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv Text
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Doutorado em Engenharia Ambiental
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Doutorado em Engenharia Ambiental
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
instacron:UFES
instname_str Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
instacron_str UFES
institution UFES
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)
repository.mail.fl_str_mv riufes@ufes.br
_version_ 1834479045791711232

Registros relacionados