The subject of this study is the determination of the resistance of an inland vessel engaged in cargo transport in the lower course of the Magdalena River, considering that the hydrodynamic effects in shallow water navigation are very different compared to the effects in deep water navigation. The hydrodynamic analysis is realized numerically using Computational Fluid Dynamics (CFD). The Reynolds-Averaging Navier-Stokes equation (RANS) solver is applied to simulate viscous and pressure effects around a tank and a hull in confined tank considering the wall bottom and side effects in shallow water navigation. For turbulence effects, realizable k-? model is used. The motion of the vessel causes elevations of the free surface, in which, is captured using the Volume of Fluid method (VOF). For discretization of flow domain, the Finite Volume Method (FVM) is applied. The motion of the fluids is updated for each time step that allows the calculation of the resistance acting on the hull. The numerical simulation results are compared with experimental data obtained by the Technological Research Institute of the State of São Paulo (IPT, acronym in Portuguese) together with the existing empirical methods for this type of cases. / É apresentado um estudo para determinar a resistência de uma barcaça empregada no transporte de carga que poderia operar no setor baixo do rio Magdalena. Os efeitos hidrodinâmicos de um navio em águas rasas são muito diferentes, comparados a esses efeitos em águas com profundidade infinita. A análise hidrodinâmica é realizada numericamente usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD, acrônimo em inglês). A solução das equações de Navier-Stokes (NS) junto com a decomposição do Reynolds (RANS, acrônimo em inglês) é aplicada para simular os efeitos viscosos e de pressão em torno de um tanque e de uma embarcação em um tanque confinado que é caracterizado pelos efeitos do fundo e das paredes. Para efeitos de turbulência, o modelo realizado k-? é usado. O movimento da embarcação do rio provoca elevações da superfície livre que são capturadas usando o método do Volume de Fluido (VOF, acrônimo em inglês). Para a discretização do domínio de fluxo, o Método dos Volumes Finitos (FVM, acrônimo em inglês) é utilizado. O movimento dos fluidos é atualizado para cada intervalo de tempo o que permite o cálculo da resistência atuando no casco. Os resultados da simulação numérica são comparados com dados experimentais obtidos pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), juntamente com os métodos empíricos existentes para esse tipo de casos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-22082019-142046 |
| Date | 27 May 2019 |
| Creators | Acosta Lopera, Oscar David Acosta |
| Contributors | Nishimoto, Kazuo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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