Captura de efeitos de turbulência de escoamentos em canais hidráulicos por modelos Rans e Les

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dc.contributor.advisorSantos, Hersília de Andrade e
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3618369732101367
dc.contributor.authorPinheiro, Ablail Paula
dc.contributor.referee1Hersília de Andrade e Santos
dc.date.accessioned2023-06-16T11:23:30Z
dc.date.available2023-06-16T11:23:30Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractA 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.
dc.description.abstractotherTurbulence is a phenomenon in which the fluid particles mix disorderly and where there are instantaneous fluctuations in velocities that are irregular and apparently random. The application of numerical models for the analysis of the flow in transposition structures of the ichthyofauna allows for a better understanding of turbulent flow, since turbulence is a notable aspect for explaining fish movement. The RANS equations (Reynolds Averaged Navier Stokes) with the k-ε turbulence model have been the main numerical model to characterize the flow in fish passages. More recently, a LES (Large Eddy Simulation) simulation was reported to be better for characterizing turbulence in incompressible flows. Thus, this work aimed to evaluate whether the numerical models RANS and LES are able to capture the turbulence effects of a free surface hydraulic flow measured in two physical model: 1) fish ladder of central vertical slot in reduced scale, and 2) curve channel for fish juvenile. Therefore, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model was developed using OpenFOAM. In order to validate the model, velocity measurements with ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) were made to compare and adjust the results of the simulations. The LES kEqn model was better than RANS k-ε in representing turbulence. An application of the LES model in flumes will be useful to improve the understanding of fish passage performance. Such models proved to be an efficient tool for determining the profiles of velocity, turbulent kinetic energy, vorticity and hydraulic strain, but the LES models had better adherence to laboratory results in both channels. Thus, it is concluded that the sensitivity of the LES models is greater than that of the RANS models in simulating turbulent flows in channels for fish studies. In the vertical slot fishway, the models had its results validated validated with ADV data for all speed ranges and for the lowest turbulent kinetic energy values (<0.03 m2/s2). In the racetrack flume, the models had results validated with the velocity. The application of the LES model in channels for fish studies will be useful to improve the understanding of fish passage performance.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/284
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectCanais (Engenharia Hidráulica)
dc.subjectFluxo de canal aberto
dc.subjectDinâmica de fluidos computacional
dc.subjectOpenFOAN (Software)
dc.subjectMecânica dos fluidos
dc.subjectTurbulência
dc.titleCaptura de efeitos de turbulência de escoamentos em canais hidráulicos por modelos Rans e Les
dc.typeThesis
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