Ressalto hidráulico submergido: uma análise em diferentes escalas

RESUMO

A evolução da capacidade de processamento e memória dos computadores propiciou aos engenheiros e cientistas a modelagem numérica de fenômenos de natureza turbulenta complexa, tal como os ressaltos hidráulicos. Essa pesquisa avalia a capacidade de simular numericamente um ressalto hidráulico que ocorre na bacia de dissipação da UHE Porto Colômbia com uma vazão de 4,000 m³/s. Para isso, os resultados das simulações foram comparados com dados medidos três modelos físicos hidráulicos (escalas 1:32, 1:50 e 1:100) e medições em protótipo. As simulações utilizaram o solver Ansys CFX, empregando uma abordagem baseada em nas equações médias de Navier-Stokes por decomposição de Reynolds (RANS), o modelo de turbulência RNG κ-ε e o método Volume of Fluid (VOF) para interações água-ar. Diversas variáveis foram analisadas, com resultados satisfatórios para pressões médias, profundidades conjugadas, comprimento do rolo, perfil da linha d'água em áreas menos aeradas e velocidade média na seção de montante do ressalto hidráulico submerso, com erros inferiores a 10%. No entanto, a posição de início do ressalto hidráulico submerso e a representação do perfil da superfície da água na região próxima ao pé do ressalto apresentaram resultados mais discrepantes. Em conclusão, os métodos e condições aplicados nas simulações são adequados para representar variáveis menos afetadas pelo fenômeno de aeração, estabelecendo as simulações em CFD como uma ferramenta valiosa para a análise de ressaltos hidráulicos.

Palavras-chave:
Ressalto hidráulico; Ressalto hidráulico submergido; CFD; RANS