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Universidade de Coimbra (2019)

Numerical prediction of aeolian erosion on tandem sand piles using LES turbulence models

Brito, Pedro Miguel Martins

Titre : Numerical prediction of aeolian erosion on tandem sand piles using LES turbulence models

Simulação computacional da erosão eólica em dunas sinusoidais usando modelos de turbulência do tipo LES

Auteur : Brito, Pedro Miguel Martins

Université de soutenance : Universidade de Coimbra

Grade : Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica 2019

Résumé
São expostos resultados de simulações CFD acerca do desencadeamento de fenómenos de migração de partículas de uma superfície por ação do vento, a chamada erosão eólica, e identificados os correspondentes locais de iniciação, a partir de um par de dunas (ou pilhas de areia) transversais, numa configuração em tandem não intervalada, de perfil inicialmente sinusoidal e colocadas perpendicularmente em relação ao escoamento de ar não perturbado.As medições experimentais em túnel de vento (Ferreira and Fino, 2012) demonstram que, ao contrário das expectativas, a pilha a montante mantem-se praticamente inalterada, enquanto que a pilha a jusante é consideravelmente e sucessivamente erodida. Ainda, como a tensão de atrito parietal (WSS) governa a ocorrência de erosão eólica, a respetiva distribuição longitudinal foi avaliada experimentalmente no trabalho de Ferreira et al. (2013), também para servir de referência para os resultados numéricos análogos.Em suma, a iniciação do destacamento eólico de uma partícula a partir de uma superfície sólida ocorre quando a velocidade de atrito (u*) supera o limiar de velocidade de atrito local (u*t). Howard (1977) sugere uma expressão para u*t válida para superfícies arbitrariamente orientadas. Uma adaptação dessa fórmula é proposta de modo a conformar com a reversão do sentido do escoamento na imediação das paredes, sentida na região entre as dunas e induzida pela larga zona de recirculação formada. Essa curva é designada no presente documento como “limiar de velocidade de atrito aparente” (u*at).Por meio de uma simulação do tipo LES (Large Eddy Simulation), o fenómeno de rajada é detetado, que consiste fundamentalmente em flutuações localizadas e intermitentes de u*. Os resultados dessa simulação genericamente concordam com as observações e medições experimentais de Ferreira and Fino (2012) e de Ferreira et al. (2013). Por outro lado, os resultados da simulação RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) mostram inaptidão para prever a manifestação de erosão eólica tal como observado em túnel de vento, embora a distribuição média de WSS se ajuste bem com os pontos experimentais.

Mots clés  : CFD ; Erosão eólica ; Limiar aparente ; Velocidade de atrito ; LES ; CFD ; Aeolian erosion ; Apparent Threshold ; Friction velocity ; LES

Présentation

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Page publiée le 22 mars 2021