Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2018-03-16T11:45:41Z No. of bitstreams: 1 Tese_Ezequiel_Pelisoli_Francisco.pdf: 24416873 bytes, checksum: 61b6a5e0625a49b1bb008d8f6023eb15 (MD5) / Approved for entry into archive by Tatiana Lopes (tatiana.lopes@pucrs.br) on 2018-04-03T11:57:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Ezequiel_Pelisoli_Francisco.pdf: 24416873 bytes, checksum: 61b6a5e0625a49b1bb008d8f6023eb15 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T12:03:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Ezequiel_Pelisoli_Francisco.pdf: 24416873 bytes, checksum: 61b6a5e0625a49b1bb008d8f6023eb15 (MD5) Previous issue date: 2018-03-12 / Gravity currents are flows generated by the pressure gradient due density differences between two fluids which are in contact. In this work are presented a set of three-dimensional highly resolved direct numerical simulations of particle-laden gravity currents, solved in an original configuration called channel-basin. The focus is on low concentrations gravity currents, where the density differences are small enough for the Boussinesq approximation may be valid. The mathematical model is based on an Eulerian description of the concentration field by using a transport equation, combined with the incompressible Navier-Stokes equations. The equations are solved by the open-source code Incompact3d, which is based on high-order compact schemes for the concentration and velocity fields discretization, and a spectral method for the pressure field. The adopted mathematical modeling allows the particle sedimentation, however there is no possibility of re-suspension of the particles already deposited, nor the bottom deformation due the growth of the sediment layer thikness. The main goal of this reserach is to know how the initial parameters, such as Reynolds number, settling velocity and channel geometry, affect the dynamics of the current spreading. The results have shown that the spreading form is highly dependent of the settling velocity. For the front velocity of the current, the channel geometry and settling velocity are more important when the Reynolds is lower than when it is higher. The sedimentation rate is highly affected by the settling velocity. The increasing of the Reynolds number mainly affects the size of the turbulent structures such as vortex and lobes. The energy budget is strongly dependent of the settling velocity and slightly dependent of the channel geometry and Reynolds number. / Corrente de gravidade s?o escoamentos que ocorrem devido a um gradiente de press?o gerado, exclusivamente, pela diferen?a na massa espec?fica entre dois fluidos que entram em contato. Neste trabalho ? apresentada uma s?rie de resultados tridimensionais de alta fidedignidade, obtidos atrav?s de simula??o num?rica direta em uma configura??o original, aqui denominada de canal-bacia, a qual busca emular a transi??o entre um escoamento confinado para um n?o confinado. O foco deste estudo est? nas correntes de gravidade de baixas concentra??es, onde as diferen?as de densidade sejam pequenas o suficiente para que a aproxima??o de Boussinesq seja v?lida. O modelo matem?tico baseia-se em uma descri??o Euleriana do campo de concentra??es, que usa uma equa??o de transporte combinada com as equa??es de Navier-Stokes em sua forma incompress?vel. A resolu??o das equa??es ? feita atrav?s do c?digo Incompact3d, o qual baseia-se em esquemas compactos de diferen?as finitas de alta ordem para a solu??o da concentra??o e velocidade, e um m?todo espectral para a solu??o da press?o. O modelo matem?tico adotado permite que as part?culas se depositem no fundo do dom?nio, por?m n?o permite que haja a ressuspens?o nem que o fundo se deforme pelo aumento da espessura da camada de sedimentos. O objetivo proposto nesta Tese ? investigar como os par?metros iniciais, tais como n?mero de Reynolds, velocidade de queda e a geometria do canal de alimenta??o afetam a din?mica de livre espalhamento de correntes conservativas e n?o conservativas. Os resultados mostram que a forma como as correntes se espalham pelo dom?nio ? altamente dependente da velocidade de queda. A velocidade de propaga??o da corrente se mostrou mais dependente da geometria do canal e da velocidade de queda para o menor Reynolds do que para o maior. A taxa de sedimenta??o tamb?m apresentou grande sensibilidade ?s varia??es da velocidade de queda. O aumento no n?mero de Reynolds afetou, principalmente, o tamanho das estruturas turbulentas, tais como v?rtices e lobos. O balan?o de energias ? fortemente dependente da velocidade de queda, sendo pouca a influ?ncia da geometria do canal e do n?mero de Reynolds.