Modelagem 1D do fluxo vertical de calor em corpos de água horizontalmente homogêneos

Abstract

Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo a modelagem unidimensional de transporte de calor em lagos e reservatórios. Neste contexto, foram analisados alguns esquemas numéricos para a solução do transporte de calor e posterior análise da conservação da energia para cada esquema, a saber – diferenças finitas, explícito e implícito, e de volumes finitos. Desta análise foi definido o método numérico empregado no modelo – os melhores resultados foram obtidos com o método de volumes finitos. Para análise do modelo foram propostos alguns testes de verificação da influência de cada parâmetro. Foram realizados testes de inclusão de um termo de difusão, referente às vazões de entrada no reservatório, com base na difusão turbulenta vertical de um rio. Para avaliação, o modelo foi aplicado no reservatório Vossoroca, PR. Foi realizado um estudo hipotético (sem dados para verificação) com o modelo para uma região tropical e cálculo de índices físicos.

Abstract: This research aims to model a one-dimensional thermal stratification in reservoirs. Three numerical schemes were analyzed to solve the heat transport equation – explicit and implicit finite difference and finite volume. Additionally, energy conservation was also analyzed. To evaluate the model performance, different tests were proposed to verify the influence of each parameter. Complementary, a diffusion term was included in the river inflow, considering in this case vertical turbulence diffusion. A case study was performed at Vossoroca’s reservoir to evaluate the model capabilities. Finally, the model was applied to a tropical region considering a hypothetic case and estimate some physical index.