Modelagem matemática em obras hidráulicas

Abstract

Resumo: Este trabalho verifica o uso do modelo computacional CFX em obras hidráulicas. Começando pela aprendizagem do modelo computacional, este estudo foi planejado de modo que se obtenha uma boa conclusão da eficiência e das limitações do modelo computacional. Os dados experimentais do Centro de Hidráulica e Hidrologia Parigot de Souza – CEHPAR foram utilizados para a validação do modelo CFX. No estudo em condutos retilíneos (diâmetros de 0,305 m) foi estudado o desenvolvimento da camada limite (escoamento laminar e turbulento). Utilizou-se, também, o modelo CFX para a análise da variação da tensão tangencial no leito de um canal circular. Outro estudo foi simulado conforme a tomada de água e conduto forçado da Usina Hidrelétrica de Itaipu. Os resultados computacionais provaram ser semelhantes aos resultados experimentais, obtidos em um modelo reduzido na escala 1:50. O uso do modelo CFX para simular escoamento sobre um vertedouro de ogiva baixa conduziu à conclusão de que é possível obter o perfil da superfície livre de um escoamento bifásico (água-ar) no domínio. Os campos de pressões e velocidades foram bem simulados pelo modelo CFX. Essa parte do estudo foi publicada no XVI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2005 (João Pessoa) e esse artigo foi selecionado (18 artigos foram selecionados) para o Prêmio Jovem Pesquisador – 2005, organizado pela Associação Brasileira de Recursos Hídricos. O modelo CFX provou ser uma ferramenta promissora para futuros estudos de escoamentos em obras hidráulicas.

Abstract: This research program verifies the validity of use of CFX computational model for hydraulic structures. Beginning by the learning of computational modeling, this research was planned for obtaining a solid conclusion about the efficiency and limitations of computational modeling. Experimental data from Centro de Hidráulica e Hidrologia Parigot de Souza – CEHPAR were used for the validation of CFX model. Straight pipe flow (diameter of 0,305 m) was studied for boundary layer development (laminar and turbulent boundary layer). CFX model was also used for the calculation of bed shear stress in pipe channel flow. A confined flow was analyzed based on the flow condition in water intake/penstock of Itaipu hydroelectric plant. The computational results proved to be very close to theexperimental results obtained in a 1:50 reduced scale model. The use of CFX model for flow over a low ogee crest spillway led to the conclusion that it is possible to obtain the free surface profile by considering two phase flow (water-air) in the domain. The pressure and velocity fields over the spillway were well simulated by CFX model. This part of the research was published in the XVI Brazilian Symposium of Water Resources, 2005 (João Pessoa) and this paper was selected (18 papers were selected) for the contest of Young Researcher Prize – 2005, organized by the Brazilian Water Resources Association. CFX model proved to be a very promising device for future use for simulation of flow over hydraulic structures.