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Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimentoPICCOLI, F. P. 29 April 2014 (has links)
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Previous issue date: 2014-04-29 / Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de
pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros
processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma,
um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de
sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o
acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq,
baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo
lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o
esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua
fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à
sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades
dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana,
conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das
ondas, quando comparada à teoria linear para um kh  . A não-linearidade do modelo
de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando
confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a
deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados
experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi
testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque
contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido
adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no
tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a
evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de
malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo
foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados
foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram
satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma
da barra arenosa.
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Estudo numérico de ondas monocromáticas em duas praias e sobre um recife artificial multifuncional na Baía do Espírito Santo, Vitória, ES.PICCOLI, F. P. 27 August 2008 (has links)
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Previous issue date: 2008-08-27 / Ondas propagando-se em direção à costa sofrem importantes transformações, que são de
fundamental importância para o entendimento das mudanças da linha de costa e dos processos
que ocorrem nas proximidades da linha de costa. Os modelos numéricos são instrumentos
utilizados por engenheiros e oceanógrafos como um método de estudos desses processos
dentro de uma pequena margem de erro. Neste trabalho de pesquisa são realizadas simulações
numéricas para avaliar dois tipos de interação onda-corpo. No primeiro caso foram
consideradas ondas monocromáticas incidentes interagindo com uma região costeira
complexa e no segundo caso ondas interagindo com um recife artificial multifuncional. A
região costeira escolhida é a Curva da Jurema e o recife artificial multifuncional é colocado
em um trecho da praia de Camburi, ambas as regiões estão localizadas na Baia do Espírito
Santo e vêm sofrendo processos de erosão. As simulações foram realizadas usando o modelo
numérico FUNWAVE 2.0, fundamentado nas equações do tipo Boussinesq de Wei et al.
(1995). A grade computacional não-uniforme utilizada tem comprimento típico de 5m para a
região da Curva da Jurema e de 1m para a região do Recife Artificial. Na região da Curva da
Jurema os resultados de simulações de ondas incidentes do quadrante de Nordeste e de
Sudeste mostraram que as amplitudes das ondas são quase que totalmente dissipadas dentro
do embaiamento e se aproxima de zero junto à praia. Os processos de refração, de difração e
de reflexão da onda incidente com a profundidade e os contornos da costa são evidenciados,
no campo de onda, e estes podem ser responsáveis pelo aparecimento de um super-harmônico
no espectro de onda proveniente de Sudeste. Em um trecho de praia de Camburi, onde foi
colocado o recife artificial, as ondas de Nordeste e de Sudeste incidem perpendicularmente a
praia. Sem o recife, o comportamento das ondas neste domínio se mostrou influenciado pelos
gradientes batimétricos, gerando fluxos de retorno e grande concentração de energia próxima
à linha de costa. Com instalação do recife artificial multifuncional verifico-se uma diminuição
da intensidade de energia de onda na linha de costa. O recife foi projetado com uma
declividade e ângulos internos propícios para geração de ondas surfáveis. Os resultados das
simulações realizadas com a inclusão do recife mostraram que as ondas que se propagam
sobre recife são intensificadas em altura até quebrarem, a uma distância de aproximadamente
200m da linha de costa. Ao quebrarem, as ondas se propagam em direção a linha de costa com
uma energia menor que aquela sem o recife. Assim, os resultados das simulações numéricas
realizadas com o modelo de ondas FUNWAVE mostraram que o modelo é capaz de
reproduzir os principais processos que ocorrem em regiões costeiras podendo ser usando
como ferramenta para o gerenciamento costeiro.
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Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimentoPiccoli, Fábio Pavan 29 April 2014 (has links)
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Previous issue date: 2015 / FAPES / Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq,
baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das
ondas, quando comparada à teoria linear para um kh . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque
contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa / Multiphase flow models are widely used in many fields of environmental research, such as fluidized beds, gas dispersion in liquids, dam breaks, oil spill and others physical and chemical processes that use more than one property. Thus, a multiphase model to study the dynamics of two distinct properties represented on reference Eulerian-Lagrangian was developed. In order to study the dynamics of sediment transport due to wave’s action, a non-linear wave Boussinesq model in Eulerian frame, in which the numerical formulation
based on Wei et al. (1995), and a Lagrangian particle model, whose formulation is given by the Newtonian principle of motion, has been developed. In the Lagrangian particle model was added the scheme of hard-spheres particle collision. The coupling between the two models has been doing with the wave transferring momentum to sediment particles, which is carried by the flow. For the wave’s model, the wave maker, defined by a Gaussian function, piston-paddle and flap-paddle, and the effects due to the depth of the
waves were tested. The Gaussian wave maker showed better consistency in the generation of waves, getting errors about 0.11% compared to the linear theory for kh . The wave’s nonlinearity simulated by the 2nd order dispersion Boussinesq-wave model showed satisfactory results when compared with experiment of wave propagation over a trapezoidal obstacle, where the deformation of the wave on the underwater structure is in agreement with literature data. In addition to the granular model was also tested in two experiments: the first, which simulates a dam break in a tank containing water-air; and the second experiment, the dam break interact with an obstacle in the center of the tank. In both experiments, the collision model was effective in the treatment of the interaction between the particles and the wall, and allowed the evidence of physical processes that are complicated to be simulated by models that use regular grids. For the coupling of wavesediment model, the algorithm has been tested with data obtained from the literature as the morphology of the bed. The results were compared with analytical data and numerical
models, and it showed a certain agreement on points of erosion, sedimentation and change in shape of the sand bar
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