Simulação tridimensional de escoamentos uviais em regime não uniforme

Abstract

A presente dissertação tem como objectivo melhorar a compreensão no estudo de cheias em rios, em particular ajudar na criação de mapas de risco de inundação, quantificando a distribuição de caudais, velocidades e cotas de água. Para isso foi usado o programa ANSYS® CFX, recorrendo a análises numéricas para analisar os escoamentos turbulentos, tridimensionais, incompressíveis e isotérmicos. Em situações de cheias, a capacidade de vazão do leito principal dos rios não permite que o escoamento se faça apenas nesse leito, mas também nos campos adjacentes, denominados por leitos de cheia. Assim sendo, a configuração característica dos rios em situações de cheia é a de um leito com secção composta. O escoamento no leito principal entra em interacção com o escoamento no(s) leito(s) de cheia, tipicamente de menor profundidade e consequentemente mais lentos. As características destes escoamentos não se encontram suficientemente definidas, principalmente devido à referida interacção entre o escoamento nos leitos. Este estudo foca-se numa modelação de canais de secção composta e respectiva simulação de escoamentos em regime uniforme e não uniforme, muito semelhante aos comportamentos da grande parte de rios e ribeiras e que se caracteriza por um complexo campo turbulento tridimensional. Pretende-se estudar os mecanismos envolvidos nos escoamentos deste tipo de canais, bem como a interacção entre o leito principal e o leito de cheias. A componente numérica deste estudo inclui desde recolha e tratamento de dados a partir de simulações computacionais no que se refere à estrutura turbulenta do escoamento e suas alterações para diferentes alturas relativas, abrangendo situações de regime uniforme e regime não uniforme. Foi usado um modelo isotrópico k-" cujos resultados foram posteriormente comparados com resultados obtidos experimentalmente no Departamento de Hidráulica e Ambiente, Pavilhão de Hidráulica Fluvial do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC).