masterThesis
Simulação numérica de escoamento sob comportas usando técnicas de dinâmica dos fluidos computacional
Autor
SILVA, Alexson Caetano da
Institución
Resumen
Estudos do escoamento sob comportas foi realizado experimentalmente por muitos pesquisadores, porém a utilização de ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD) para sua resolução ainda é muito escasso. Neste trabalho realizou-se um estudo de um escoamento sob uma comporta hidráulica, utilizando-se um programa de CFD. Para a modelagem numérica foram geradas cinco malhas tridimensionais e através de um teste de convergência de malhas escolheu-se a que melhor se adapta ao escoamento. As simulações foram realizadas no estado transiente, pois este se mostrou mais apto para representatividade do escoamento. As características do escoamento sob a comporta foram analisadas e comparadas com os resultados experimentais, obtidos por outros autores, desta forma verificou-se que o modelo computacional simulado pode caracterizar o escoamento estudado. Assim, realizou-se uma analise dos perfis das componentes de velocidade água, dos diagramas de velocidade hidráulica, da distribuição de pressão e da distribuição da concentração de água ao longo do tempo. Constatou-se a presença de uma zona de recirculação turbulenta próxima a comporta, que serve como separadora do escoamento. Esta zona presente peculiarmente em escoamentos de canais com seção completamente cheias, represados por comportas hidráulicas. A simulação em CFD mostrou ser bastante promissora e indicada para escoamento em canais com comportas hidráulicas. Ela é de grande importância, pois seus modelos tridimensionais, bifásicos e de superfície livre, obtém resultados muito próximos da realidade, ajudando na escolha de geometrias e reduzindo a necessidade de modelos físicos em tamanho reduzido. Studies of sluice gates were carried out experimentally by many researchers, but the use of computational fluid dynamics (CFD) tools for their resolution is still very scarce. In this work a study of a flow under a hydraulic bead was carried out, using a CFD program. For numerical modeling, five three-dimensional meshes were generated and a mesh convergence test was chosen which best fits the flow. The simulations were performed in the transient state, as this was shown to be more apt for the representativeness of the flow. The characteristics of the runoff under the sluice gates were analyzed and compared with the experimental results, obtained by other authors, in this way it was verified that the simulated computational model can characterize the study flow. Thus, an analysis was made of the profiles of the water velocity components, the hydraulic speed diagrams, the pressure distribution and the water concentration distribution over time. It was verified the presence of a turbulent recirculation zone near the gate, which serves as a separator of the flow. This zone is peculiarly present in channel flows with completely filled sections, dammed by hydraulic gates. The CFD simulation showed to be very promising and indicated for flow in channels with hydraulic floodgates. It is of great importance, because its three-dimensional, biphasic and free surface models obtain results very close to reality, helping in the choice of geometries and eliminating the making of a large number of reduced models.