Estudo numérico de escoamento turbulento numa confluência fluvial utilizando o modelo LES

Abstract

As confluências são zonas onde ocorre importante mistura entre os escoamentos do canal principal (MC) e do canal secundário (TC). Estas zonas estão presentes em diversos cursos naturais de água e aplicações de engenharia. As interações que ocorrem entre os escoamentos desenvolvem uma estrutura turbulenta complexa que pode apresentar, principalmente, seis características: a zona de estagnação, de deflexão, de separação, de velocidade máxima, a camada de mistura (MI) e a zona de recuperação. Os processos que ocorrem nos escoamentos em confluências dependem de vários parâmetros, o que torna muito complexo o seu estudo. Deste modo a simulação numérica constituí uma ferramenta importante para o estudo deste tipo de escoamentos. A presente dissertação tem como principal objetivo aplicar e validar o modelo Large Eddy Simulation (LES) no estudo do escoamento turbulento numa confluência fluvial. As simulações foram realizadas recorrendo ao software OpenFOAM que, em conjunto com o solver pisoFOAM resolvem as equações de Navier-Stokes com base no modelo LES. Nesta dissertação o modelo numérico é validado comparando os seus resultados com os dados experimentais. Os resultados numéricos apresentam boa concordância com os dados experimentais e reproduzem todos os padrões de escoamento importantes numa confluência. Concluindo-se assim, que o modelo LES simula com precisão escoamentos 3D de confluências fluviais. A análise dos resultados numéricos permitiu ainda concluir que aMI deve a sua formação às instabilidades de Kelvin-Helmholtz e que o modelo LES é uma ferramenta necessária no estudo de estruturas turbulentas instantâneas.