Análise da energia cinética da turbulência em correntes de turbidez a partir de metodologia física e numérica

• Autor(a) principal: Pereira, Lucas de Freitas
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/212339
• topic: Correntes de turbidez; Modelagem física; Energia cinética; Dinâmica dos fluidos computacional; Hydrosedimentological modeling; Warm-up; SWAT model

Ao ocorrerem em meio subaquoso, seja no leito oceânico ou no fundo de reservatórios, as correntes de turbidez são fluxos carregados de sedimento nos quais a diferença de densidade proporcionada pela mistura de água e partículas sólidas é a força motriz para o movimento. Nestes escoamentos, o principal mecanismo de suporte dos grãos em suspensão é a turbulência do escoamento. Dentro do estudo da turbulência, a energia cinética da turbulência (TKE) representa uma medida direta da intensidade da turbulência no escoamento e, a partir da equação da variação desta propriedade, pode-se avaliar a influência dos diferentes mecanismos de transporte, incorporação e dissipação de TKE. O estudo da turbulência nestes escoamentos foi realizado por diferentes autores a partir de medições de correntes de turbidez simuladas fisicamente ou de simulações numéricas – a partir do cálculo das equações governantes do escoamento. No presente trabalho é apresentada uma abordagem integrada no estudo da TKE em correntes de turbidez. A partir de simulações físicas realizadas no âmbito de um projeto de pesquisa, nas quais diferentes misturas de água e carvão mineral foram injetadas em um canal horizontal, geram-se correntes de turbidez. Nestes experimentos foram medidos perfis de velocidades e concentrações que foram definidos como condições de contorno de entrada em um domínio computacional – no código Incompact3d – no qual foram simuladas (através de simulação numérica direta) correntes de turbidez polidispersas semelhantes aos experimentos físicos, para um pequeno trecho do canal no qual foram realizadas as simulações físicas. Os resultados das simulações numéricas foram comparados com resultados das simulações físicas que não foram inseridos no domínio computacional, apresentando semelhanças na intensidade (diferenças <11%) e na distribuição da TKE ao longo das escalas. Com os resultados obtidos das simulações numéricas foram calculados os perfis verticais de TKE e o balanço da variação da TKE ao longo da vertical. Os perfis verticais de TKE apresentaram semelhanças a perfis descritos na literatura. Através do cálculo do balanço da variação da TKE observou-se: a predominância dos mecanismos de produção turbulenta e dissipação viscosa; a relevância do mecanismo de transporte pelas tensões viscosas na manutenção da TKE; uma menor relevância do mecanismo de transporte pelas tensões de Reynolds; pequenos valores de transporte devido às forças de empuxo.