Dissertação de Mestrado:
A Methodology Of Study Of Three Dimensional Stratified Turbulent Fluid Flow For Hydroelectric Power Plant Reservoir Simulation

Hyun Ho Shin

PPGEM

Orientador

Prof. Norberto Mangiavacchi , Ph.D. 1994 - The University of Michigan/EUA - k

Coorientador

Prof. Dr. Christian Schaerer - Faculdad de Politécnica de la UNA

Banca

* Prof. Norberto Mangiavacchi , Ph.D. 1994 - The University of Michigan/EUA - k
* Prof. Dr. Christian Schaerer - Faculdad de Politécnica de la UNA
* Prof. Dr. Carlos Antônio de Moura-Instituto de Matemática e Estatística da UERJ
* Prof. Dr. Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo Coutinho - UFRJ
* Prof. Dr. Edson Cezar Wendland - USP
* Prof. Dr. José da Rocha Miranda Pontes - UFRJ
* Dr. Cássio Pereira Botelho Soares - Furnas Centrais Elétricas S.A.

Data - hora da defesa

31/12/2009

Resumo

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo do escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são discretizados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a discretização espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada. Palavras-chave: Geração de Malha não estruturada, Simulação Numérica, Métodos de Elementos Finitos, Equações Médias de Reynolds, Modelo de Viscosidade/Difusividade Turbulenta, Escoamento Estratificado Turbulento.

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