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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-01092011-154345
Document
Author
Full name
Alessandro Dias
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Martins, José Rodolfo Scarati (President)
Alencar, Harley Souza
Ortiz, Jayme Pinto
Title in Portuguese
Análise do desempenho hidráulico de uma soleira lateral através de CFD.
Keywords in Portuguese
CFD
Escoamento em superfície livre
Soleira lateral
Vertedores
Abstract in Portuguese
A soleira lateral desempenha um papel importante nos reservatórios de detenção/ retenção (off-line), atuando na captação das vazões afluentes e evitando possíveis enchentes, problema em destaque nos períodos chuvosos das principais capitais brasileiras. Um melhor entendimento do seu comportamento hidráulico possibilitará o desenvolvimento de estruturas laterais mais eficientes. O presente trabalho tem como objetivo criar um modelo da soleira lateral através da tecnologia CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional) e validá-lo através de experimentos em modelo reduzido do Laboratório de Hidráulica da Escola Politécnica da USP. A partir disso, explorar as características hidráulicas do modelo de CFD, como o comportamento dos níveis dágua e a distribuição de velocidades. No estudo da validação estudaram-se três tipos de refinamento de malhas e três modelos de turbulência (k-, k- (RNG) e SST k-). O modelo computacional validado é composto pela malha 3, com um refinamento cerca de 342000 elementos (hexaédricos predominante), e o modelo de turbulência k- (RNG), que apresentaram a maior precisão dos resultados. A análise da distribuição de velocidades possibilitou visualizar uma região de mínima velocidade abaixo da soleira lateral, e também quantificar uma região de baixas velocidades no início da soleira, onde é pequena a eficiência das vazões escoadas. Através do comportamento da superfície dágua foi possível visualizar a região de influência do dispositivo lateral no canal principal. A comparação do coeficiente de descarga do modelo de CFD com trabalhos de outros pesquisadores, um nacional e outro internacional, mostrou a representatividade do modelo criado para condições diferentes. A ferramenta CFD é promissora para o estudo de estruturas hidráulicas, contribuindo para o seu desenvolvimento e aperfeiçoamento.
Title in English
Analysis of hydraulic performance of a side weir by CFD.
Keywords in English
CFD
Free surface flow
Side weir
Weirs
Abstract in English
The side weir plays an important role in the detention / retention tanks (off-line), operating in the uptake of water inflow and preventing possible flooding, which is a highlighted problem on rainy periods of the main Brazilian capitals. A better understanding of the hydraulic behavior allows the development of more efficient lateral structures. This work aims at creating a model of the side weir through CFD technology (Computational Fluid Dynamics) and validating it through experiments on a reduced model of the Laboratório de Hidráulica da Escola Politécnica da USP. Thereafter, explore the hydraulic characteristics of the CFD model, like the behavior of water levels and the velocity distribution. In the validation study, three types of mesh refinement and three turbulence models were studied (k-, k- (RNG) and SST k-). The computational model is validated by the composite mesh 3 with a refinement about 342,000 elements (hexahedral predominant), and the turbulence model k- (RNG), which had the highest precision of results. Analysis of the velocities distribution allowed us to visualize a region of minimum velocity below the side weir, and also to quantify a region of low velocities at the beginning of the weir, where the efficiency of overflows is small. Through water surface behavior it was possible to visualize the influence region of the side device in the main channel. A comparison of discharge coefficient of the CFD model between other works (one national and the other one international) showed the representativeness of the model created for different conditions. The CFD is a promising tool for the study of hydraulic structures, contributing to its development and improvement.
 
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Publishing Date
2011-10-03
 
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