Escoamento sobre vertedouros em degraus de alta declividade : análise de incertezas com uma abordagem computacional - Tassinari, Lucas Camargo da Silva (2022)
Estudos experimentais desenvolvidos ao longo dos anos caracterizaram o escoamento sobre diferentes configurações de vertedouros em degraus. Por outro lado, a modelagem computacional tem se mostrado uma importante ferramenta para a análise de escoamentos, com potencial para complementar estudos experimentais, os quais são suscetíveis aos efeitos de escala, de medição e do próprio modelo ou método aplicado. Nesse sentido, essa tese investigou possíveis efeitos de simplificações e limitações das metodologias tradicionalmente aplicadas à modelagem física. Para tanto, utilizou-se uma abordagem com fluidodinâmica computacional aplicada a vertedouros em degraus com alta declividade (1V:0,75H) para investigar os efeitos de medição em pressões, os efeitos de escala e os efeitos de simplificações adotadas em estudos de dissipação de energia quando aplicados ao dimensionamento de bacias de dissipação de energia por ressalto hidráulico. Foram desenvolvidos dois modelos computacionais com geometrias semelhantes, utilizando-se técnicas com RANS. Para o estudo de efeitos de medição em pressões e efeitos de escala, o vertedouro foi modelado no software Ansys CFX, com modelo de turbulência k–ε, modelo multifásico homogêneo e modelo de superfície livre na interface. Para o estudo de dissipação de energia, duas estruturas foram modeladas no software Ansys Fluent, sendo um vertedouro em degraus com aeração natural e outro com aeração induzida por defletor e câmara de ar. Nesses casos, utilizou-se o modelo de turbulência SST k-ω, modelo multifásico Euleriano e modelo Symmetric para interação entre fases. A partir dos resultados obtidos, foram sugeridos valores de frações de água que melhor definem a superfície livre nas diferentes regiões do escoamento, foram sugeridas regiões para instalação de medidores de pressão de forma que as pressões extremas sejam capturadas nos degraus, foi sugerida uma nova abordagem computacional com fluidos hipotéticos para estudos de efeitos de escala, verificou-se que a indução de ar por defletor e câmara de ar não altera significativamente a dissipação de energia ao longo da calha e verificou-se que diferentes simplificações e incertezas comuns aos estudos experimentais de dissipação de energia ao longo da calha não representam impactos significativos no dimensionamento de bacias de dissipação de energia por ressalto hidráulico.