An analytical-numerical module to calculate vertical profiles of velocity in free surface flows
| Autor: | Araujo, Thalles Augusto Abreu |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Gallo, Marcos Nicolas, Lima, Lidiane dos Santos, Araújo, Afonso Augusto Magalhães de, Rosman, Paulo Cesar Colonna |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2019 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) instacron:UFRJ |
| Popis: | Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-12T16:15:19Z No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T01:29:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T01:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Previous issue date: 2019-12 Equações analítico-numéricas capazes de simular escoamentos hidrodinâmicos tridimensionais (x, y, z, t) a partir de informações bidimensionais horizontais (x, y, t) são de grande valia. Este trabalho apresenta um conjunto de equações capaz de fazer isto de maneira a calcular variações verticais tanto na magnitude quanto na direção do escoamento, apresentando um forte potencial para ser utilizado como uma ferramenta operacional para monitorar fenômenos como intrusão de água salina, erosão costeira e alagamento. Tais equações são válidas para corpos d’água naturais com superfície livre e de águas rasas, sejam elas interiores, estuarinas ou marinhas, desde que tais corpos sejam verticalmente homogêneos (mesmo que lateralmente estratificados) e cuja pressão seja hidrostática. Um perfil aprimorado de viscosidade turbulenta, de formato parabólico, é apresentado. Ele analiticamente satisfaz condições de contorno dinâmicas do fundo e da superfície. A partir dele, deduz-se um perfil preliminar de velocidade, de formato logarítmico, válido para escoamentos permanentes e uniformes. Então, a partir deste perfil preliminar de velocidade, deduz-se um perfil ajustado de velocidade, que representa os termos da equação de Navier-Stokes mais relevantes para escoamentos geofísicos, inclusive as acelerações adjetivas não-lineares. Tal perfil ajustado de velocidade é plenamente calculado a partir de variáveis independentes da dimensão vertical (independentes de z). Tal perfil é então posto à prova em dois cenários de modelagem numérica: (1) um canal retilíneo com um talude (modelo 2D) e (2) um canal curvilíneo de fundo horizontal (modelo 3D). O conjunto de equações proposto se mostra potencialmente capaz de simular ambos os cenários com êxito, tendo, inclusive, simulado um escoamento secundário helicoidal no segundo cenário. Analytical-numerical equations capable of simulating three-dimensional hydrodynamic flows (x, y, z, t) from horizontal two-dimensional information (x, y, t) are of great value. This work presents a set of equations capable of doing so in such a way that it calculates vertical variations on both magnitude and direction of the flow, presenting a strong potential for being used as an operational tool to monitor phenomena such as salt water intrusion, coastal erosion, and flooding. These equations are valid for natural water bodies of free surface and shallow waters, fresh or salt, as long as these bodies are vertically homogeneous (even if laterally stratified) and whose pressure is hydrostatic. A refined turbulent viscosity profile of parabolic shape is presented. It analytically satisfies both bottom and surface dynamic boundary conditions. From it, a preliminary velocity profile of logarithmic shape is deduced, valid for steady and uniform flows. Then, from this preliminary velocity profile, an adjusted velocity profile is deduced, which represents the most relevant terms of the Navier-Stokes equation for geophysical flows, including the nonlinear advective accelerations. Such adjusted velocity profile can be fully deduced from variables that do not depend on the vertical dimension (independents of z). Such profile is then put to test under two numerical modelling scenarios: (1) a straight channel with a slope (2D model) and (2) a curvilinear channel with horizontal bottom (3D model). The proposed set of equations proves to be potentially capable of successfully simulating both scenarios, having even simulated a secondary helical flow in the second scenario. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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