Simulação numérica de Roll Waves em escoamentos turbulentos - Peres, Caio Von Zuben (2020)
Roll waves são instabilidades que, em condições favoráveis, podem surgir em escoamentos com superfície livre e que se propagam como um trem de ondas com velocidade e comprimento bem definidos. Tais instabilidades podem ocorrer em fluidos newtonianos como fluidos não newtonianos, em regime laminar ou turbulento. Tal fenômeno pode surgir em canais artificiais, mas também em ambientes naturais por decorrência de desastres naturais, transporte por gasodutos e até mesmo em artérias humanas. Quando ocorrem em desastres naturais, as roll waves, devido à amplitude e velocidade de propagação, acabam potencializando os danos causados. Nesse trabalho é proposto a simulação de roll waves em fluido newtoniano em regime turbulento, usando os modelos de turbulência − e − disponíveis no software Ansys Fluent, afim de se averiguar qual modelo de turbulência fornece resultados mais condizentes com os experimentos realizados por Brock (1969). É realizado também um estudo sobre o perfil de velocidade ao longo de um comprimento de onda, assim como da tensão de cisalhamento no fundo do canal, na presença de roll waves. No contexto numérico, verificou-se que o método do Courant fixo se mostrou vantajoso (30% mais rápido) em relação ao passo de tempo fixo. O modelo de turbulência − ω foi o que mais se ajustou aos dados experimentais, no cenário dos modelos testados. Por fim, um estudo de caso para verificar a geração de instabilidades naturais (sem a inserção de uma frequência de perturbação) em um vertedouro de barragem é simulado utilizando-se o modelo de turbulência − . Verificou-se que as instabilidades são geradas, mas não formaram um trem de ondas típico de roll waves forçadas estabilizadas.