Investigação das influências das condições confinantes do escoamento no cálculo dos parâmetros geométricos de ressaltos hidráulicos e da dissipação de energia
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP |
Texto Completo: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-26072021-180331/ |
Resumo: | Dois canais de escoamento retangulares foram usados para geração de ressalto hidráulico com duas condições de controle a jusante, comporta plana e vertedor de soleira espessa. Um dos canais possui paredes de concreto e largura de 41 cm, podendo comportar vazões de até 40 L/s. O Outro canal tem 3 m de extensão e 10 cm de largura, com paredes de vidro, e permite ajustar vazões até a faixa de 7,5 L/s. A obtenção dos dados de profundidade foi realizada por meio de processamento de imagens e sensor ultrassônico. Cinquenta condições experimentais distintas foram obtidas, na faixa de número de Froude supercrítico de 1,29 a 3,94, com variação dos parâmetros de vazão, declividade e rugosidade de fundo. Os elementos de rugosidade consistiram em combinações de peças Lego e placas base para as mesmas, assim como material emborrachado antiderrapante. Os dados resultantes obtidos compreenderam profundidades conjugadas, comprimentos do rolo, perfil de superfície livre, intensidade de rugosidade e energia relativa dissipada. Dados experimentais de profundidades conjugadas e comprimento do rolo foram usados para aprimorar modelos teóricos existentes, para fornecer uma ferramenta de previsão mais completa na determinação das profundidades conjugadas e comprimentos do ressalto e do rolo para canais retangulares, considerando o efeito da rugosidade de fundo e declividade. Os coeficientes ajustados do modelo teórico utilizado apontaram, no canal com paredes de vidro, uma adequação para segregação dos dados por declividade e por geometria do tipo de estrutura, com concavidades da curva semelhantes para estruturas também semelhantes. Para o canal com paredes de concreto, os coeficientes ajustados mostraram um comportamento de concavidade para baixo da curva, para fundo liso e uma das configurações com peças Lego. Verificou-se uma dissipação de energia de até 40% considerando as seções de início e fim do ressalto. O estudo se mostra importante, pois há certa divergência entre os autores sobre a determinação de medidas de comprimento do ressalto, como por exemplo, a seção final do rolo. |
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Investigação das influências das condições confinantes do escoamento no cálculo dos parâmetros geométricos de ressaltos hidráulicos e da dissipação de energiaInvestigation of the influences of the confining conditions of the flow in the calculation of the geometric parameters of hydraulic jumps and energy dissipationbottom roughnessdissipação de energiaenergy dissipationhydraulic jumpprofundidades conjugadasressalto hidráulicorugosidade de fundosequent depthsDois canais de escoamento retangulares foram usados para geração de ressalto hidráulico com duas condições de controle a jusante, comporta plana e vertedor de soleira espessa. Um dos canais possui paredes de concreto e largura de 41 cm, podendo comportar vazões de até 40 L/s. O Outro canal tem 3 m de extensão e 10 cm de largura, com paredes de vidro, e permite ajustar vazões até a faixa de 7,5 L/s. A obtenção dos dados de profundidade foi realizada por meio de processamento de imagens e sensor ultrassônico. Cinquenta condições experimentais distintas foram obtidas, na faixa de número de Froude supercrítico de 1,29 a 3,94, com variação dos parâmetros de vazão, declividade e rugosidade de fundo. Os elementos de rugosidade consistiram em combinações de peças Lego e placas base para as mesmas, assim como material emborrachado antiderrapante. Os dados resultantes obtidos compreenderam profundidades conjugadas, comprimentos do rolo, perfil de superfície livre, intensidade de rugosidade e energia relativa dissipada. Dados experimentais de profundidades conjugadas e comprimento do rolo foram usados para aprimorar modelos teóricos existentes, para fornecer uma ferramenta de previsão mais completa na determinação das profundidades conjugadas e comprimentos do ressalto e do rolo para canais retangulares, considerando o efeito da rugosidade de fundo e declividade. Os coeficientes ajustados do modelo teórico utilizado apontaram, no canal com paredes de vidro, uma adequação para segregação dos dados por declividade e por geometria do tipo de estrutura, com concavidades da curva semelhantes para estruturas também semelhantes. Para o canal com paredes de concreto, os coeficientes ajustados mostraram um comportamento de concavidade para baixo da curva, para fundo liso e uma das configurações com peças Lego. Verificou-se uma dissipação de energia de até 40% considerando as seções de início e fim do ressalto. O estudo se mostra importante, pois há certa divergência entre os autores sobre a determinação de medidas de comprimento do ressalto, como por exemplo, a seção final do rolo.Two rectangular channels were used to generate hydraulic jumps with two control conditions downstream, a sluice gate and a thick sill spillway. One of the channels has concrete walls and a width of 41 cm, with a flow rate of up to 40 L/s. The Other channel is 3 m long and 10 cm wide, with glass walls, and allows to adjust flow rates up to the range of 7.5 L/s. The depth data was obtained by means of image processing and an ultrasonic sensor. Fifty different experimental conditions were obtained, in the range of supercritical Froude range of 1.29 to 3.94, with variation of flow parameters, slope and bottom roughness. The roughness elements consisted of combinations of Lego pieces and base plates for them, as well as nonslip rubberized material. The resulting data obtained comprised sequent depths, roller lengths, free surface profile, roughness intensity and dissipated relative energy loss. Experimental data of sequent depths and roller lengths were used to improve existing theoretical models, to provide a more complete forecasting tool in determining the sequent depths and hydraulic jump and roller lengths for rectangular channels, considering the effect of bottom roughness and slope. The adjusted coefficients of the theoretical model used indicated, in the channel with glass walls, an adequacy for data segregation by slope and by geometry of the type of structure, with similar curve concavities for similar structures. For the channel with concrete walls, the adjusted coefficients showed a curve with concavity facing down, for a smooth bottom and one of the configurations with Lego pieces. It was observed a relative energy loss of up to 40% considering the start and end sections of the hydraulic jump. The study proves to be important, as there is some divergence among the authors regarding the determination of jump length measurements, such as the final section of the roller.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPSchulz, Harry EdmarSampaio, Carlos Danillo Cavalcante2020-03-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-26072021-180331/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2021-08-09T20:44:02Zoai:teses.usp.br:tde-26072021-180331Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212021-08-09T20:44:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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