Avaliação hidráulica do comprimento de defletores para TGD em vertedouros com bacia de dissipação utilizando OpenFOAM

Abstract

Resumo: No contexto de empreendimentos hidrelétricos, vertedouros são estruturas responsá veis para extravasar volumes excedentes de água dos reservatórios para garantir a segurança dos empreendimentos. A operação dessas estruturas de controle pode oca sionar também erosões no leito do rio e em alguns casos, a mortalidade de peixes por supersaturação de gases totais dissolvidos (TDG- total dissolved gases). Os principais registros desse impacto na ictiofauna local foram em usinas hidrelétricas localizadas nos rios Columbia e Snake (EUA), dotadas de vertedouros de ogiva com bacia de dissi pação. A construção de defletores horizontais na calha do vertedouro é uma solução comumente utilizada para mitigar a supersaturação de gás na água e, desse modo, também reduz a mortalidade dos peixes. Os defletores alteram a hidrodinâmica do escoamento, de acordo com a vazão vertida e nível de água de jusante, pode produzir quatro principais regimes de escoamento: plunging flow, skimming flow, undular jet e surface jump. O processo de definição da geometria dos defletores costuma ser realizada com auxílio de modelos físicos e computacionais e considera principalmente as condições hidráulicas de operação mais recorrentes. Desse modo, o presente tra balho busca avaliar de modo sistemático o efeito do comprimento de defletores na hidrodinâmica do escoamento. O método utilizado considerou a elaboração de um modelo computacional DES (detached eddy simulation) calibrado com testes realiza dos em um modelo físico reduzido na escala geométrica 1:15. Foram realizadas 22 simulações no software OpenFOAM. Foi observado baixa influência do comprimento na alteração dos regimes do escoamento. Além disso, foi observado um efeito na redução da capacidade de descarga para vazões mais elevadas com a estrutura do defletor. Opresente trabalho e os estudos desenvolvidos em modelo reduzido fazem parte do projeto de P&D ANEEL 6491-0541/2019 "Metodologia para Modelagem Computacional de TDG na Água emFluxos Efluentes de Vertedouros " em que o autor esteve incluído desde o inicio dos estudos

Abstract: In the context of hydroelectric projects, spillways are structures responsible for releasing excess water from reservoirs to ensure the safety of the facilities. The operation of these control structures can also lead to riverbed erosion and, in some cases, fish mortality due to supersaturation of total dissolved gases (TDG). The main records of this impact on local ichthyofauna were observed at hydroelectric plants located on the Columbia and Snake rivers (USA), equipped with ogee spillways and stilling basins. The construction of horizontal deflectors on the spillway chute is a commonly used solution to mitigate gas supersaturation in the water and, consequently, reduce fish mortality. Deflectors modify the flow hydrodynamics and, depending on the discharged flow rate and downstream water level, can produce four main flow regimes: plunging flow, skimming flow, undular jet, and surface jump. The process of defining deflector geometry is often carried out with the aid of physical and computational models, primarily considering the most recurrent hydraulic operating conditions. Therefore, the present study aims to systematically evaluate the effect of deflector length on flow hydrodynamics. The method employed involved developing a computational DES (Detached Eddy Simulation) model calibrated with tests conducted on a 1:15 geometric scale physical model. A total of 22 simulations were performed using the OpenFOAM software. The results showed a low influence of deflector length on flow regime changes. Furthermore, the deflector structure reduced discharge capacity for higher flow rates. This study, along with the reduced-scale model tests, is part of the ANEEL R&D project 6491-0541/2019, "Methodology for Computational Modeling of TDG in Water in Spillway Effluent Flows", in which the author has been involved since the project’s inception