Estrutura e resolução de pressões flutuantes - sua análise randômica na base do ressalto hidráulico

• Autor(a) principal: Ortiz, Jayme Pinto
• Data de Publicação: 1989
• 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/3/3147/tde-22072024-090435/
• topic: Hydraulic rebound; Ressalto hidráulico

O estudo da estrutura e resolução de pressões flutuantes junto a fronteiras sólidas é um tema fascinante e singular pois ao mesmo tempo que envolve pesquisa básica passando pelo estudo da turbulência, da instrumentação de medida e dos sistemas de aquisição e processamento de dados, envolve também pesquisa aplicada que passa pela determinação dos esforços devidos às pressões flutuantes junto aos contornos sólidos das estruturas hidráulicas. O trabalho aqui apresentado foi desenvolvido mantendo essa visão dualística do estudo de pressões flutuantes, e durante o seu desenvolvimento, o autor procurou ir a fundo no estudo da mecânica dos fluídos, tentando satisfazer por um lado as exigências dos cientistas que costumam perseguir as perguntas, sem se esquecer das exigências dos engenheiros que costumam perseguir as respostas. Uma análise completa do comportamento randômico das pressões instantâneas é apresentada ao longo desse trabalho, enfatizando-se o caso do ressalto hidráulico, um fenômeno macroturbulento de baixa frequência que é um excelente exemplo didático no estudo da turbulência. Mostra-se nesse trabalho, de uma forma definitiva, que as escalas de turbulência dentro do ressalto são bastante sensíveis à condição de desenvolvimento da camada limite na seção de entrada, ao número de Froude (F1) e a posição (X/Y1) dentro do ressalto. Por outro lado, mostra-se ainda que o tipo, montagem e diâmetro de transdutores de pressão, assim como os tipos de sistemas de aquisição e critérios utilizados na aquisição e processamento influem substancialmente na resolução espacial e em frequência do sinal de pressão instantânea.Apresenta-se uma discussão sobre as escalas de vórtice dentro do ressalto procurando-se explicar a relação existente entre as flutuações de velocidade no seio da massa líquida e as flutuações de pressão junto a base do ressalto, o que teoricamente se traduz na equação de Poisson. A velocidade de convecção dos vórtices médios, assim como dos maiores vórtices, foi determinada ao longo do ressalto para escoamento desenvolvido ou não na entrada e para uma ampla fixa de F1 . Através do registro simultâneo das flutuações de pressão em quatro pontos da base do ressalto foi possível demonstrar a coerência da estrutura da turbulência através da convecção dos picos de pressão. Torna-se evidente nesse trabalho que a distribuição de flutuações de pressão na zona crítica do ressalto não é Gaussiana, todavia, é opinião desse autor que a determinação de cauda da função de densidade de probabilidade a partir de longos registros de pressão só se justifica em termos de pesquisa básica, conforme discutido ao longo do trabalho. Em termos de pesquisa aplicada ao projeto de estruturas de dissipação o autor recomenda a determinação das flutuações máximas de pressão, a partir de registros de pressão compatíveis com o sistema de aquisição e processamento utilizado. Discute-se ainda amplamente os efeitos de escala na reprodução das frequências de vórtices, das escalas de turbulência, da função de densidade de probabilidade, etc., quando se utilizam modelos de semelhança de Froude. Finalmente algumas sugestões para projeto de estruturas de dissipação são apresentadas baseadas nos valores de RMS e de máxima flutuação de pressão, usando-se nesse caso registros não superiores a 10 minutos. Nesse sentido são propostas algumas equações para projeto. Nos dias de hoje começa a ficar claro que por trás da turbulência randômica de parede existe um processo determinístico, e quem sabe, num futuro próximo, métodos determinísticos poderão ser utilizados no estudo da turbulência do escoamento. Nesse sentido é muito importante dar continuidade à pesquisa básica utilizando novas técnicas de visualização do escoamento, assim como novos sistemas de aquisição e processamento de dados. Em termos de pesquisa aplicada, por outro lado, é muito importante a instrumentação do protótipo, o que poderá esclarecer definitivamente os efeitos de escala de turbulência de parede, trazendo novos inputs à pesquisa básica.