Análise hidrodinâmica de enxurradas por meio de simulação numérica - Silva, Felipe Augusto Rockembach e (2022)
Enxurradas ou inundações bruscas estão entre os desastres naturais que mais causam prejuízos ao redor do mundo. No entanto, apesar de se tratar de um fenômeno recorrente, não há consenso em relação à sua definição. O presente trabalho tem como objetivo a análise dos mecanismos físicos envolvidos no desenvolvimento do escoamento de uma enxurrada a partir de simulações computacional de dinâmica dos fluidos. Os conceitos difundidos no meio técnico- científico indicam que estas inundações ocorrem repentinamente e possuem grande poder destrutivo, tornando-as altamente perigosas. Devido à baixa previsibilidade e à alta periculosidade, a investigação em campo da dinâmica destes escoamentos é limitada. A metodologia proposta nesta pesquisa consiste na simulação computacional do fenômeno por meio do Simulador de Escoamento com Superfície Livre (SuLi). O modelo hidrodinâmico tridimensional é baseado nas equações de Navier-Stokes e da continuidade, no qual o cálculo numérico é realizado por meio de aproximação em diferenças finitas com precisão de primeira ordem. Este código promove a simulação de escoamentos multifásicos por meio da implementação da metodologia Level Set e permite a assunção da distribuição de pressões hidrostática ou o cálculo das pressões totais para a solução do problema matemático. As simulações foram realizadas em três etapas: (1) escoamento normal; (2) escoamento com obstáculo de fundo; (3) inundação brusca. Em cada etapa foram empregados as duas aproximações para o termo de pressão, denominadas modelo hidrostático e não-hidrostático, e foram consideradas três declividades de fundo do canal: 0,02%; 0,3%; 3,0%. Os resultados obtidos indicam a maior precisão no emprego do modelo não-hidrostático para a simulação de escoamentos bruscamente variados. O modelo computacional implementado proporcionou uma análise de enxurradas pautada em parâmetros hidrodinâmicos, observando-se a reprodução de uma inundação brusca na configuração com declividade intermediária e a propagação de uma frente de cheia abrupta no caso de maior declividade, fenômeno conhecido como cabeça d'água