Acções hidrodinâmicas em estruturas hidráulicas : modelação computacional do ressalto hidráulico

Abstract

Foram estudados neste trabalho os ressaltos hidráulicos correspondentes a números de Froude do escoamento a montante de 6 e 10, formados a jusante de um descarregador, numa bacia de dissipação rectangular de soleira horizontal simples, com soleira terminal e bloco de amortecimento, recorrendo a ensaios laboratoriais e modelação computacional. A instalação experimental utilizada neste estudo era constituída por um canal principal de largura constante igual a 1,2 m, contendo o descarregador e a bacia de dissipação de soleira horizontal, na qual se podiam obter caudais até 200 l/s e colocar os acessórios mencionados. Foram efectuadas medições de velocidade (sistemas ADV e tubo de Pitot com funcionamento em contrapressão), de pressão (transdutores de pressão colocados à face no fundo da soleira da bacia de dissipação) e concentração de ar (sonda de concentração de ar desenvolvida pelo BUREC). O modelo computacional desenvolvido neste trabalho foi um modelo numérico 2DV baseado nas equações de Navier-Stokes, no qual a superfície livre é tratada utilizando a técnica VOF (Volume-of-Fluid), os obstáculos são representados utilizando o método FAVOR (Fractional-Area-Volume Representation), e a dinâmica da turbulência representada por um desenvolvimento do modelo de fecho RNG k-e. Outras particularidades do código, vitais para a sua aplicação prática, incluem a determinação de um passo de tempo de cálculo automático, esquemas de elevada resolução para os termos de advecção e uma variedade de condições de fronteira para as variáveis dependentes nas fronteiras do domínio, superfície livre e obstáculos internos. Para cada simulação, foram analisadas as características gerais e propriedades globais importantes do escoamento. Os resultados da aplicação do modelo numérico relativos à caracterização da estrutura interna dos ressaltos hidráulicos (perfis de velocidade em várias secções), evolução da superfície livre, e pressão na soleira e junto às soleiras revestidas de bacias de dissipação de energia foram bastante próximos dos obtidos experimentalmente e em alguns casos propocionaram informação que não pode ser obtida nem por fórmulas existentes nem por o equipamento laboratorial disponível.