Carlos Eduardo Ferraz de Mello
Título
Análise Numérica de Escoamentos em Comportas de Fundo e Vertedores pelo Método dos Elementos de Contorno
Resumo
O estudo de escoamentos com superfície livre, sujeitos à ação da gravidade, apresenta dificuldades como a não linearidade da condição de contorno dinâmica na superfície livre, e também o fato da localização desta superfície não ser conhecida a priori. A aplicação do método dos elementos de contorno (MEC) na análise deste fenômeno tem recebido especial atenção dos pesquisadores, devido a algumas vantagens em relação aos demais métodos clássicos. Este trabalho apresenta uma análise numérica de escoamentos em comportas de fundo e vertedores pelo MEC com elementos lineares e quadráticos descontínuos. O procedimento de solução envolve um processo iterativo na determinação da superfície livre. São adotadas técnicas de iterações diferentes para cada tipo de problema, bem como o uso de parâmetros empíricos para acelerar a convergência. Alguns exemplos de comportas e vertedores são apresentados. Os resultados obtidos são comparados com os de outros estudos numéricos, analíticos e com dados experimentais e comprovam a eficiência e boa precisão do método adotado. Algumas alternativas são propostas visando aprimorar ainda mais a metodologia e os procedimentos de solução apresentados.
Abstract
The study of gravity free surface flows presents difficulties as the non linearity of the dynamic boundary condition in the free surface, and also the fact that the location of this surface is not known a priori. The application of the boundary element method (BEM) in this phenomenon analysis has been receiving the researchers' special attention, due to some advantages in relation to other classical methods. This work presents a BEM numerical analysis of sluice gate and spillway flows with discontinuous linear and quadratic elements. The solution procedure involves an iterative process in the determination of the free surface. Different iterative techniques are adopted for each problem type, as well as the use of empiric parameters to accelerate the convergence. Some examples of sluice gates and spillways are presented. The obtained results are compared with others numerical and analytical studies and with experimental data and they check the efficiency and good precision of the adopted method. Some alternatives are proposed seeking to improve the presented methodology and solution procedures.
