Captura de efeitos de turbulência de escoamentos em canais hidráulicos por modelos Rans e Les
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Data
2021
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
A turbulência é um fenômeno em que as partículas do fluido se misturam de
forma desordenada caracterizado pela presença de flutuações de velocidades
instantâneas irregulares e aparentemente aleatórias. A aplicação de modelos
numéricos para a análise do escoamento em estruturas de transposição da
ictiofauna permite uma melhor compreensão do escoamento turbulento, visto que a
turbulência é um aspecto notável para explicação do movimento de peixes. As
equações RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) com o modelo de turbulência kH têm sido o principal modelo numérico para caracterizar o escoamento em escadas
para peixes. Mais recentemente, a simulação LES (Large Eddy Simulation) foi relatada
como sendo melhor para caracterização da turbulência em escoamentos
incompressíveis. Assim, este trabalho teve por objetivo avaliar se os modelos
numéricos RANS e LES são capazes de capturar os efeitos de turbulência de um
escoamento hidráulico em dois modelos físicos: 1) escada para peixe do tipo ranhura
vertical central em escala reduzida e 2) canal circular para estudo do comportamento
de larvas de peixes. Para tanto, foi desenvolvido um modelo de Dinâmica de Fluidos
Computacional (em inglês, Computational Fluid Dynamics - CFD) utilizando o software
OpenFOAM. Tais modelos mostraram-se uma ferramenta eficiente para determinação
dos perfis de velocidade, energia cinética turbulenta, vorticidade e deformação
hidráulica, mas os modelos LES tiveram melhor aderência aos resultados laboratoriais
em ambos os canais. A sensibilidade dos modelos LES foi maior do que dos modelos
RANS na simulação de escoamentos turbulentos em canais para estudos de peixes.
Na escada para peixes, os resultados foram validados com os dados ADV para todas
as faixas de velocidade e para os menores valores de energia cinética turbulenta
(<0,03 m2/s2). Já no canal curvo, os modelos tiveram resultados validados através da
velocidade. A aplicação do modelo LES em canais para estudos de peixes será útil
para melhorar a compreensão do desempenho da passagem de peixes.
Descrição
Palavras-chave
Canais (Engenharia Hidráulica), Fluxo de canal aberto, Dinâmica de fluidos computacional, OpenFOAN (Software), Mecânica dos fluidos, Turbulência