Validação de um modelo numérico de um dispositivo de galgamento e investigação numérica e experimental da geometria aplicando o método design construtal
Autor: Marcelo Moraes Goulart (Currículo Lattes)
Resumo
No presente trabalho foi realizado um estudo numérico e experimental sobre a validação de um modelo numérico desenvolvido para escoamentos de ondas em canal sobre dispositivos de galgamento onshore em escala de laboratório. Foi considerado o efeito da geometria sobre o desempenho do dispositivo empregando o método Design Construtal. Para a abordagem numérica dos escoamentos de ondas regulares incompressíveis, laminares em domínio bidimensional, as equações de conservação de massa e balanço da quantidade de movimento foram resolvidas através do método de volumes finitos (MVF) com o modelo volume of fluid (VOF) para abordagem da interface água-ar-estrutura. Mais precisamente, foi empregado o software ANSYS Fluent, v.18. O estudo experimental foi realizado no canal de ondas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Com relação à investigação geométricas, o problema avaliado possui dois graus de liberdade (razão entre altura e comprimento da rampa e a profundidade da superfície livre da água) e duas restrições geométricas (área ocupada pela rampa no canal de ondas simulado e uma restrição construtiva para o comprimento da rampa). A geometria foi variada de forma a maximizar a quantidade de água das ondas incidentes que entram no reservatório do dispositivo de galgamento. O trabalho também comparou o efeito da geometria sobre a altura da água galgada no reservatório do dispositivo de galgamento obtido com o presente modelo numérico e o predito com os experimentos em laboratório desenvolvidos no presente trabalho. Os resultados obtiveram a validação do modelo numérico para propagação de uma onda regular bidimensional em um canal de ondas, ficando os erros relativos (ER) nas sondas P0 e P1 oscilando respectivamente entre 0,83% a 2,15% e 2,22% a 2,92%, para o comportamento transiente da água acumulada nos dispositivos de galgamento em escala de laboratório e para a aplicação do Design Construtal para esse tipo de problema, o que é inédito na literatura. Além disso, foi realizada uma avalição geométrica variando o efeito da razão altura/comprimento da rampa para diferentes profundidades da superfície livre da água (h) analisando o efeito da maré. Em todos os casos, foi observado que as menores razões de altura/comprimento da rampa conduziram aos melhores desempenhos, corroborando resultados previos da literatura.