Simulação numérica de instabilidades hidrodinâmicas em camada de mistura duplamente estratificada com efeito de velocidade de queda

• Autor(a) principal: Silva, Celso Menoti da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/204659
• topic: Simulação numérica; Sedimentação; Escoamento de fluidos; Dinâmica dos fluidos computacional; Estratificação; Turbulência; Hydrodynamic Instability; Mixture layer; Sedimentation

Os escoamentos gravitacionais estão presentes em muitos fenômenos naturais. Em especial destaca-se o transporte de sedimento na foz de um rio com o oceano ou lago. A foz de um rio no mar ou lago pode gerar uma corrente do tipo hipopicnal, na qual água clara e com sedimentos do rio é sobreposta a água do mar e a interface entre essas corrente pode gerar instabilidade hidrodinâmica. O presente trabalho tem por objetivo simular a instabilidade hidrodinâmica em camada de mistura na configuração hipopicnal e analisar as interações entre os parâmetros físicos relevantes. Para a realização deste trabalho foram consideradas duas concentrações escalares transportadas por um fluxo horizontal, tendo como parâmetros governantes o Número de Richardson e a velocidade de sedimentação de Stokes.A metodologia numérica empregada foi a Simulação Numérica Direta (DNS - Direct Numerical Simulation) tridimensional e o código usado para as simulações foi o Incompact3d, que resolve as Equações de Navier-Stokes, Continuidade e Advecção-Difusão. A taxa de amplificação da perturbação, no período linear, foi calculada a partir da evolução da Energia Cinética Turbulenta pela Equação de Reynols-Orr.A instabilidade de Kelvin- Helmholtz é predominante, porém a adição dos efeitos da sedimentação decorrentes da velocidade de queda da partícula, influenciam no desenvolvimento das instabilidades. Nos resultados obtidos, a velocidade de queda não influencia na taxa de amplificação da perturbação na interface, mas favorece o fluxo turbulento vertical de partículas, difusividade turbulenta e o modo de instabilidade. Verifica-se que fluxo de sedimentos com maior velocidade de queda individual apresenta vórtices característicos da instabilidade do modo de Rayleigh Taylor Modificado, que decorre da diferença dos coeficientes de difusividades dos campos escalares envolvidos.