Rodrigo Resende Alves
Resumo
A modelagem computacional de escoamentos que transportam sedimentos nos encontra aplicações em diversas areas, entre outras, em projetos de portos e navegacão proximos a estuarios e na formação de bacias sedimentares atraves de correntes de turbidez. Situações estas que necessitam da compreensão do mecanismo de deposição de sedimentos. O fenômeno da oculação e um processo dinâmico que depende das taxas de agregação (juncão) e desagregacão (separacão) dos ocos, que simula o escoamento turbulento transportando sedimentos em condições controladas. Neste trabalho e implementado um metodo computacional unidimensional (1DV) de marcha no tempo, com o metodo dos elementos nitos para discretizar as equac~oes de transporte e de oculação. Para a instabilidade numerica do modelo e usado o metodo multi-escala variacional baseado em resduos (RB-VMS) que tambem introduz um modelo numerico de turbulência. Faz-se uso do metodo de Newton para resolver a não linearidade proveniente das equacões. Assim o modelo permite compreender melhor o processo de oculacão, restringindo o cenario analisado com a imposição do escoamento, e resolvendo apenas as equações de transporte de sedimentos para duas grandezas em especial: a concentração (c) e o numero de ocos (N).
Abstract
The computational modeling of ows carrying ne sediments nds applications in several areas, such as ports and navigation projects near estuaries and the formation of sedimentary basins by turbidity currents These situations require the understanding of the mechanism of sediment deposition. One of the important sediment deposition mechanisms is the phenomenon of occulation. Flocculation is a dynamic process that depends on the rate of aggregation (junction) and breakdown (separation) of the ocs, which impact turbulent ow carrying ne sediments under controlled conditions. Turbulence is an important driver of occulation. In this work, it is implemented a one-dimensional computational method to solve the equations of transport and occulation by the nite element method. Since these equations are predominantly advective, we use the residual-based variational multi-scale (RB-VMS), which also introduces a numerical model for turbulence. The resulting system of equations is time-dependent and nonlinear. Therefore, we use Newton's method to solve the nonlinear systems at each time step. Thus, the present computational model allows a better understanding of occulation process. However, results are restricted to particular ow scenarios. In these scenarios, we consider only the sediment transport equation for two unknowns: the sediment concentration and the number of ocs.
