Simulação numérica do transporte de contaminantes em escoamentos bifásicos água-ar em meios porosos heterogêneos

• Ano de defesa: 2008
• Autor(a) principal: Aquino, José Antônio Oliveira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Two-phase Flows; Central schemes for conservation laws; Lagrangian methods; Foward Integral-Tube Tracking Method (FIT); Escoamentos bifásicos; Esquemas centrais para leis de conservação; Lagrange, Funções de; Equações diferenciais parciais não-lineares; Método dos elementos finitos; Escoamento em meios porosos; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13708

Neste trabalho é apresentado um novo simulador numérico para a simulação de escoamentos bifásicos água-ar e o transporte de contaminantes na zona não saturada. Fez-se uso de uma decomposição de operadores e implementou-se métodos numéricos adequados à solução de cada um dos problemas originados desta decomposição. O modelo matemático consiste de um sistema de equações diferenciais parciais não-lineares nas incógnitas pressão, saturação e concentração com as quais se pode determinar a posição do contaminante como uma função do tempo. Uma decomposição de operadores a três níveis possibilita que sejam utilizados passos de tempo distintos para os diferentes níveis da decomposição. Nos dois primeiros níveis são resolvidos os problemas de velocidade-pressão, transporte e difusão, para o problema de infiltração da água no subsolo. No terceiro nível é resolvido o problema do transporte do contaminante, a partir das velocidades e saturações calculadas na solução do problema de infiltração. O método dos elementos finitos mistos híbrido é empregado na resolução numérica do problema de velocidade-pressão e do transporte difusivo para o problema de infiltração. Na solução do problema de transporte convectivo, do escoamento bifásico água-ar, é utilizado um esquema central de diferenças finitas, não oscilatório e conservativo. Para a solução do problema do transporte de contaminantes é proposto um novo método Lagrangeano localmente conservativo, que recebeu a demominação de Foward Integral-Tube Tracking Method (FIT). Esse novo método é utilizado na resolução numérica do transporte convectivo do contaminante. A formulação, implementação e teste do FIT constitui a principal contribuição original deste trabalho. Na verificação e validação do novo simulador numérico comparou-se os resultados obtidos com os resultados oriundos de experimentos, de outros simuladores e de problemas resolvidos analiticamente. Em todos os casos foram obtidas boas concordâncias entre os resultados do novo simulador e dos demais. O simulador mostrou-se eficiente na solução de problemas bidimensionais em meios porosos heterogêneos saturados e não saturados, apresentando conservação de massa, baixa difusão numérica e eficiência computacional.