[pt] Neste trabalho três métodos foram utilizados para estudar
o
escoamento turbulento em regiões de florestas. No
primeiro
método, a influência da vegetação no escoamento foi
modelada através da adição de termos fontes
nas equações de quantidade de movimento, energia cinética
turbulenta e sua taxa de dissipação. No segundo, a
vegetação foi considerada um meio poroso homogêneo.
Finalmente, a camada do dossel foi representada por
modelos
3-D de árvores, consideradas como obstáculos individuais.
As equações foram resolvidas através do modelo de
turbulência k −E padrão com o programa comercial FLUENT
6.2.16. As previsões dos perfis verticais da velocidade
do vento médio, da intensidade da turbulência e dos
tensores de Reynolds, foram comparadas com dados de
experimentos de túnel de vento. Os resultados preditos
dos
perfis verticais da velocidade média e intensidade
da turbulência, na primeira e na segunda metodologias,
apresentaram boa concordância com os valores
experimentais,
porém, foram observadas discrepâncias nos perfis
modelados
do tensor de Reynolds. Entretanto, qualitativamente,
a modelagem consegue capturar o comportamento físico do
tensor de Reynolds no interior de florestas. Uma possível
explicação para este fato, é que o modelo considera a
isotropia para a viscosidade turbulenta,
implicando na incapacidade de prever qualquer forte
anisotropia do campo turbulento. Na terceira metodologia,
as previsões dos perfis verticais de velocidade
média e intensidade da turbulência apresentaram
discrepâncias em relação às medições. Porém, os perfis
verticais do tensor de Reynolds apresentaram
boa concordância. Todos os perfis verticais da velocidade
média apresentaram um ponto de inflexão na interface
vegetação-atmosfera, característico de uma camada de
mistura. Nas duas primeiras metodologias, este
padrão foi confirmado nos perfis de tangente hiperbólica
de uma camada de mistura. / [en] This work investigates different procedures in order to
study the
turbulent flow over the scale model of a forest region.
Initially, the canopy
flow was modeled by using source terms in the momentum,
turbulent kinetic
energy and its dissipation rate equations. After that, the
forest canopy was
considered a homogeneous porous medium. In the last step,
the canopy
boundary layer was modeled by artificial 3-D tree models.
This was done
by using the standard k−E turbulence model with the FLUENT
commercial
program. The modeled profiles of mean velocity, turbulence
intensity and
Reynolds stress were compared against data from wind tunnel
experiments.
In the two first methodologies, the model predictions of
the vertical profiles
of the wind speed and turbulence intensity showed good
agreement with
the experimental data. It was found that predictions of the
Reynolds
tensor were sensitive to the parameterization scheme of the
standard k −E
model. However, qualitatively, the model was capable of
predicting the
physical behavior of the Reynolds stress tensor in the
canopy flow. A
possible explanation for this behavior is the omission of
any anisotropic
eddy-viscosity effects within the k - E modelling approach.
When it was
considered the tree array, the model predictions for the
wind speed and
turbulence intensity were less satisfactory. However, it
was found that the
predicted results of the Reynolds stress tensor agreed well
with the measured
data. All the vertical profiles of the mean velocity
contained an inflection
point, something which is a necessary criterion for the
mixing layer flow.
In the tree array, the modeled results failed to the
capture this behavior
of the canopy flow. In the 2-D numerical simulations, it
was found the
characteristic hyperbolic tangent profile of a mixing layer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:11570 |
| Date | 24 April 2008 |
| Creators | REGINALDO ROSA COTTO DE PAULA |
| Contributors | MARCOS SEBASTIAO DE PAULA GOMES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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