Investigação do processo de aeração em escoamentos de altas velocidades com o uso da dinâmica dos fluidos computacional

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Noriller, Marcelo Luiz, 1990-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/72688
Resumo: Orientador: Professor José Junji Ota, DSc
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spelling Noriller, Marcelo Luiz, 1990-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e AmbientalOta, José Junji, 1951-2022-01-10T18:51:08Z2022-01-10T18:51:08Z2021https://hdl.handle.net/1884/72688Orientador: Professor José Junji Ota, DScDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 02/06/2021Inclui referências: p. 133-139Resumo: Esta dissertação investigou, por meio da dinâmica dos fluidos computacional, o processo de aeração em escoamentos de altas velocidades, especificamente, o escoamento sobre a calha do vertedouro da Usina Hidrelétrica de Foz do Areia. As simulações numéricas foram realizadas no software OpenFOAM, utilizando os modelos de simulação RANS (em conjunto com o modelo de turbulência k ?? ! SST) e DES (em conjunto com o modelo Spalart-Allmaras DDES). Foram realizadas duas abordagens principais de simulações numéricas, uma considerando a escala de protótipo e outra a escala geométrica 1:30. Os resultados numéricos foram comparados com dados de protótipo disponíveis na literatura. Além da análise quantitativa dos resultados, também foi realizada uma análise qualitativa para avaliar se o comportamento geral do escoamento foi reproduzido adequadamente pelo modelo numérico. As modelagens com o modelo de simulação RANS não representaram adequadamente o processo de aeração. Obtevese uma diferença de até 85,1% referente as vazões de ar do modelo computacional e os resultados da obra. Já as modelagens com o modelo DES representaram mais adequadamente as caracterísitcas do escoamento sobre a calha do vertedouro, o que conduziu a resultados de vazões de ar no interior da torre de aeração maiores em relação as simulações RANS e, por consequência, indicou que o processo de aeração foi melhor representado. Nessas novas simulações, a diferença entre as vazões de ar foram de até 44,0%. De maneira geral, a utilização da modelagem numérica para este estudo pemitiu avaliar o escoamento sob a calha do vertedouro da UHE de Foz do Areia de uma forma que seria consideravelmente mais complexa de modo experimental. E, por mais que os resultados da entrada de vazão de ar das simulações em escala de protótipo não tenham alcançado os valores medidos em obra, o comportamento do escoamento foi representando adequadamente nas simulações DES.Abstract: This dissertation investigated, through computational fluid dynamics, the aeration process in high velocity flows, specifically, the flow over the spillway of the Foz do Areia Hydroelectric Plant. The numerical simulations were performed in the OpenFOAM software, using the simulation models RANS (with the turbulence model k ?? ! SST) and DES (with the Spalart-Allmaras DDES model). Two main approaches to numerical simulations were carried out, one considering the prototype scale and the other 1:30 geometric scale. The numerical results were compared with prototype data available in the literature. In addition to the quantitative analysis of the results, a qualitative analysis was also carried out to assess whether the general flow behavior was properly reproduced by the numerical model. The modeling with the RANS simulation model did not adequately represent the aeration process. A difference of up to 85.1% was obtained regarding the air flows of the computational model and the results of the prototype. Modeling with the DES model, on the other hand, more adequately represented the characteristics of the flow over the spillway chute, which led to higher airflow results inside the aeration tower compared to the RANS simulations and, consequently, indicated that the process of aeration was better represented. In these new simulations, the difference between the air flows was up to 44.0%. In general, the use of numerical modeling for this study allowed to evaluate the flow under the spillway of the Foz do Areia HPP in a way that would be considerably more complex in an experimental way. And, even though the results of the air flow input from the prototype scale simulations did not reach the values measured on site, the flow behavior was adequately represented in the DES simulations.1 arquivo (139 p.) : PDF.application/pdfDinamica dos fluidosEscoamentoRecursos HídricosInvestigação do processo de aeração em escoamentos de altas velocidades com o uso da dinâmica dos fluidos computacionalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - MARCELO LUIZ NORILLER.pdfapplication/pdf3953644https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/72688/1/R%20-%20D%20-%20MARCELO%20LUIZ%20NORILLER.pdff5b551b606a67525f8f8bd726a12eaacMD51open access1884/726882022-01-10 15:51:08.467open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/72688Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-01-10T18:51:08Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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