Estudo da camada limite interna desenvolvida em falésias com aplicação para o Centro de Lançamento de Alcântara

• Ano de defesa: 2009
• Autor(a) principal: Luciana Bassi Marinho Pires
• Orientador(a): Ralf Gielow, Gilberto Fernando Fisch
• Banca de defesa: Marcos Daisuke Oyama, Davidson Martins Moreira, Acir Mércio Loredo Souza, Marcio Teixeira de Mendonça
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Meteorologia
• País: BR
• Resumo em Inglês: The development of the Internal Boundary-Layer (IBL) generated inside the Atmospheric Boundary-Layer (ABL), due to a neutral wind incident at 90° on a coastal cliff, and caused by step changes of both the surface level and roughness. Observational data, numerical simulations and wind tunnel experiments were used. Numerically, two-dimensional DNS simulations with the immersed boundaries method for ocean-cliffs of diverse heights and geometric forms were effected. The code was validated with wind profiles observed on a 70 m anemometric tower (AT) and punctual velocities measures on masts up to 15 m. With the code validated, simulations for various cliff heights and wind velocities, plus a case study for the 40 m ocean-cliff of the Alcantara Launching Center (2°19 S; 44°22' W) were carried out. The Reynolds number (Re) varied from 10^2 to 10^7, and for the atmospheric cases it is greater than 106. Also, experiments in a wind tunnel (WT) adapted to emulate the ABL over coastalcliffs were made, limited to Re equal to 7.5 x 10^4. These emulations were numerically well simulated, concerning the height of the IBL, and the occurrence of a re-circulation bubble (RB) near the edge of the cliff, as visualized with the Particle Imaging Velocimetry (PIV) technique. The experiments including a model of the Mobile Integration Tower (TMI) at 150 m from the edge mentioned, showed another RB at the top of the TMI, plus a less intense one upwind, which affected the flow starting at 125 m from the edge. In addition, experiments were carried out in the WT with wind incidences of 55° e 45°, which showed the 3D nature of the flow, with results similar, but less severe, than the ones due to the 90^o incidence. Thus, this demonstrates that the 2D simulations with the numeric code actually constitute the most extreme case concerning the wind incidence on ocean-cliffs. So, the results of this study are of great value to determine extreme scenarios caused by winds downwind of ocean-cliffs. Finally, this is the first numerical study of the mechanical IBL generated by a topographic step change, which combines WT experiments and micrometeorological observations, and also presents empirical expressions for the results.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/06.22.18.27

Estudou-se o desenvolvimento da Camada-Limite Interna (CLI) gerada no interior da Camada-Limite Atmosférica (PBL), formada por vento neutro incidente a 90° em falésia, e causada pelo desnível da superfície e a alteração abrupta da rugosidade. Utilizaram-se dados observacionais, simulação numérica e ensaios em túnel de vento. Numericamente, realizaram-se simulações DNS bidimensionais (2D) com a metodologia de fronteiras imersas para falésias de diversas alturas e formas geométricas. O código foi validado com perfis de vento observados em torre anemométrica (TA) de 70 m e velocidades pontuais medidas em mastros até 15 m. Validado o código, efetuaram-se simulações para diversas alturas de falésias e velocidade do vento. Realizou-se um estudo de caso para falésia de 40 m, representando o Centro de Lançamento de Alcântara (2°19 S; 44°22' O). Os valores do número de Reynolds (Re) variaram entre 10^2 e 10^7, sendo que as situações da atmosfera são os maiores que 106. Realizaram-se, também, ensaios em um túnel de vento (TV) adaptado para emular a PBL sobre falésias e limitados a Re igual a 7,5 x 10^4. Estas emulações experimentais foram numericamente bem simuladas, no que concerne à altura da CLI e à ocorrência de bolhas de recirculação junto à borda da falésia, visualizadas pela técnica Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). Os ensaios, incluindo modelo da Torre Móvel de Integração (TMI) a 150 m da borda citada, mostraram mais uma bolha de recirculação no topo da TMI, além de uma menos intensa a barlavento, afetando o escoamento a partir de 125 m da borda. Em adição, realizaram-se no TV ensaios com incidência do vento com os ângulos de 55° e 45°, com os quais se pôde verificar a tridimensionalidade do escoamento, com resultados semelhantes, mas menos severos que os causados pela incidência do vento a 90^o. Logo, as simulações 2D realizadas com o código numérico, na realidade constituem a situação mais extrema no que concerne à incidência do vento em falésias. Os resultados obtidos neste estudo são, portanto, de grande utilidade para determinar cenários extremos causados pelos ventos a sotavento de falésias. Outrossim, este é o primeiro estudo numérico de CLI mecânica gerada por desnível topográfico, combinando ensaios em TV e observações micrometeorológicas, o qual também apresenta expressões empíricas dos resultados.