Análise computacional do efeito de escala em bacias de dissipação de energia por ressalto hidráulico

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Bocchi, João Pedro Paludo
• Orientador(a): Sanagiotto, Daniela Guzzon
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Efeito de escala; Bacia de dissipação; Modelos computacionais; Dinâmica dos fluidos computacional; Ressalto hidraulico
• Palavras-chave em Inglês: Scale effect; CFD; Hypothetical fluids; Stilling basins; Hydraulic Jump; Submerged Hydraulic Jump
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/265404

O efeito de escala é um fenômeno inerente aos modelos físicos hidráulicos. Este fato ocorre, pois, se os mesmos fluidos que são utilizados nos modelos são os observados no protótipo, para o atendimento do critério de semelhança de Froude, comumente utilizado quando modelados escoamentos a superfície livre, outros critérios de semelhança entram em detrimento, como é o caso dos critérios de Reynolds e Weber, impossibilitando a garantia de uma semelhança dinâmica completa entre modelo e protótipo. A presente pesquisa tem por objetivo investigar o efeito de escala nas pressões médias no fundo uma bacia de dissipação de energia por ressalto hidráulico utilizando simulações com CFD com fluidos hipotéticos, os quais possuem viscosidade cinemática e tensão superficial fluido-ar alteradas a fim de garantir que os critérios de semelhança de Reynolds e Weber sejam respeitados, além do critério de Froude, já garantido nos modelos físicos hidráulicos que foram avaliados. Para a validação do modelo computacional, foram utilizados dados medidos em modelos físicos nas escalas 1:32, 1:50 e 1:100, além de dados medidos em escala de protótipo, representativos do sistema extravasor de cheias da UHE Porto Colômbia. Nas simulações computacionais foi utilizado o solver Ansys CFX, que resolve numericamente as equações RANS e da continuidade através do método dos volumes finitos. Para a modelagem da turbulência foi utilizado o modelo RNG − e para a modelagem do escoamento bifásico foi utilizado o método VOF. Os resultados desta dissertação são apresentados em dois artigos. No primeiro foram realizadas comparações entre os resultados obtidos nas simulações que utilizaram água como fluido principal com dados adquiridos nos modelos físicos hidráulicos. Neste artigo foram obtidos resultados satisfatórios para quatro de seis variáveis analisadas e observou-se grande influência do fenômeno de aeração nas outras duas variáveis. No segundo artigo foi realizada a análise do efeito de escala nos valores de pressão média através da utilização de fluidos hipotéticos. Verificou-se que a representação dos efeitos viscosos nos modelos, através da preservação do critério de semelhança de Reynolds, possui maior influência na prevenção do efeito de escala.