Avaliação de equações para cálculo do escoamento uniforme em canais lisos e rugosos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20402 |
Resumo: | Since the pioneering equation, developed by Chézy in the 18th century, there has been a search for new formulations to represent the uniform open-channel flow. Thus, until the 20th century, several researchers introduced new parameters related to the roughness of the walls and the shape fator of the channel to this equation. From the concepts of turbulent flow, in the first decades of the 20th century, new equations emerged with other parameters, seeking to improve the flow calculation performance. The present work aimed to assess the performance of classical and contemporary explicit equations for the calculation of the flow rate for uniform flow in channels of varied cross-sections. It also aimed to assess the best performance when considering equations for flows classified as relatively shallow or deep, hydraulically smooth or rough, and in subcritical or supercritical regimes. An extensive set of experimental data was used for the evaluations. The methodology consisted of comparing measured and calculated flow rates using the classical equations developed by Ganguillet and Kutter, Manning, and Bazin on the nineteenth century, and on the twentieth century by Pimenta, all based on the Chézy formula. Additionally, the calculations were performed using the equations developed in the current decade by Cheng and by Cabral da Silva, both based on the Darcy-Weisbach friction factor and on the Prandtl turbulence theory. The performance of each equation was determined using indicators, the frequency of smallest deviations, gradients and coefficients of determination of the linear regressions of the calculated flows and the Mean Absolute Relative Error (MARE). The results indicate that the most recent equations, which are Cheng for smooth rectangular channels and Cabral da Silva for the remaining cross-sections, presented the best performance indicators, highlighting the lowest MARE values of 0.83% and 2.66%, respectively. |
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Avaliação de equações para cálculo do escoamento uniforme em canais lisos e rugososEscoamento uniformeCanais lisos e rugososEscoamento subcrítico e supercríticoDesempenho de equaçõesUniform flowSmooth and rough channelsSubcritical and supercritical flowEquation performanceCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVILSince the pioneering equation, developed by Chézy in the 18th century, there has been a search for new formulations to represent the uniform open-channel flow. Thus, until the 20th century, several researchers introduced new parameters related to the roughness of the walls and the shape fator of the channel to this equation. From the concepts of turbulent flow, in the first decades of the 20th century, new equations emerged with other parameters, seeking to improve the flow calculation performance. The present work aimed to assess the performance of classical and contemporary explicit equations for the calculation of the flow rate for uniform flow in channels of varied cross-sections. It also aimed to assess the best performance when considering equations for flows classified as relatively shallow or deep, hydraulically smooth or rough, and in subcritical or supercritical regimes. An extensive set of experimental data was used for the evaluations. The methodology consisted of comparing measured and calculated flow rates using the classical equations developed by Ganguillet and Kutter, Manning, and Bazin on the nineteenth century, and on the twentieth century by Pimenta, all based on the Chézy formula. Additionally, the calculations were performed using the equations developed in the current decade by Cheng and by Cabral da Silva, both based on the Darcy-Weisbach friction factor and on the Prandtl turbulence theory. The performance of each equation was determined using indicators, the frequency of smallest deviations, gradients and coefficients of determination of the linear regressions of the calculated flows and the Mean Absolute Relative Error (MARE). The results indicate that the most recent equations, which are Cheng for smooth rectangular channels and Cabral da Silva for the remaining cross-sections, presented the best performance indicators, highlighting the lowest MARE values of 0.83% and 2.66%, respectively.NenhumaDesde a equação pioneira, desenvolvida por Chézy no século XVIII, tem-se buscado por novas formulações para representação do escoamento uniforme em canais abertos. Assim, até o século XX, diversos pesquisadores introduziram novos parâmetros a essa equação, relativos à rugosidade das paredes e ao fator de forma do canal. A partir dos conceitos sobre turbulência do escoamento, nas primeiras décadas do século XX, novas equações surgiram com outros parâmetros, buscando a melhoria da performance no cálculo da vazão. Este trabalho teve como objetivo mostrar a avaliação realizada sobre o desempenho de equações explícitas, clássicas e contemporâneas, para o cálculo das vazões em canais de diferentes seções transversais para escoamento uniforme. Buscou-se também avaliar os desempenhos das equações considerando os critérios de escoamento relativamente raso e profundo, hidraulicamente liso e rugoso e nos regimes subcrítico e supercrítico. Um grande conjunto de dados experimentais foi utilizado para as avaliações. A metodologia empregada consistiu em comparar as vazões calculadas com as medidas utilizando as formulações clássicas, baseadas na expressão de Chézy, que foram desenvolvidas no século XIX, por Ganguillet e Kutter, Manning e Bazin, e no século XX por Pimenta. Também foram avaliadas as equações desenvolvidas na década atual por Cheng e por Cabral da Silva, baseadas na correção do fator de atrito de Darcy-Wiesbach e na teoria da turbulência de Prandtl. O desempenho de cada equação foi determinado por meio dos indicadores, frequência dos menores desvios, coeficientes angular e de determinação das linhas de tendência das vazões calculadas, e o Mean Absolute Relative Error (MARE). Os resultados apontaram que as equações mais recentes, de Cheng para canais retangulares lisos, e a de Cabral da Silva, para as demais seções transversais, foram as que produziram os melhores indicadores de desempenho, destacando-se os menores MAREs com médias iguais a 0,83% e 2,66%, respectivamente.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia Civil e AmbientalPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil e AmbientalUFPBSilva, Tarciso Cabral dahttp://lattes.cnpq.br/7163143466783869Nogueira Neto, Cícero de Souza2021-07-14T21:49:13Z2021-07-052021-07-14T21:49:13Z2020-10-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20402porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-08-10T11:18:56Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/20402Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2022-08-10T11:18:56Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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