Uso de simulação numérica para avaliação de grandezas associadas a patologias no concreto de vertedouros salto esqui

• Autor(a) principal: Lauffer, Luísa Ludtke
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/253077
• topic: Barragens; Escoamento; Vertedouro; Simulação numérica; Ski jump spillway; Numerical simulation; Ansys

Vertedouros são estruturas hidráulicas que têm por objetivo garantir a segurança de uma barragem, permitindo a passagem do excesso de água para jusante. Os vertedouros estão sujeitos a manifestações patológicas nas estruturas de concreto devido a passagem de fluxos em altas velocidades. Este estudo teve como objetivo avaliar a utilização de simulações numéricas do escoamento para analisar grandezas hidráulicas associadas a manifestações patológicas no concreto da calha de vertedouros salto esqui. Foi estudado o vertedouro da UHE Furnas, que possui largura total de 80,5 m. As simulações foram feitas em escala de protótipo para uma geometria com juntas de concretagem distribuídas ao longo da calha e uma geometria sem juntas. Foram avaliadas vazões iguais a 2089 m³/s, 1684 m³/s e 779 m³/s, que representam vazões de vertimento observadas na estrutura real. As simulações foram feitas no software Ansys – CFX, que utiliza o método dos volumes finitos para resolver as equações do escoamento. A turbulência foi modelada utilizando a decomposição de Reynolds (RANS - Reynolds Averaged Navier-Stokes). O modelo de turbulência utilizado foi o k-. Para a discretização do domínio geométrico, foi definida uma malha não estruturada, tetraédrica, com aproximadamente 105 elementos na geometria sem juntas de concretagem e 106 elementos na geometria com juntas de concretagem. Para as duas estruturas analisadas, foram obtidos resultados para cinco pontos distribuídos ao longo da calha do vertedouro. Os perfis de velocidade obtidos numericamente foram comparados com perfis de velocidade na camada limite para escoamento sobre placa plana. A comparação de velocidade entre as duas geometrias mostra que não há variação significativa na velocidade com a inserção das juntas. Já para pressão, nota-se o surgimento de pressões negativas junto ao vértice das juntas. Foram calculados os índices de cavitação, que indicaram a região final da calha com juntas de concretagem com maior possibilidade de haver cavitação.