Numerical modeling of a 90° openchannel confluence flow using openfoam CFD

Victor Manoel Pavanelli Lira

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZKGDZ

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DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor1	Luiz Rafael Palmier	pt_BR
dc.creator	Victor Manoel Pavanelli Lira	pt_BR
dc.date.accessioned	2019-08-14T10:53:14Z	-
dc.date.available	2019-08-14T10:53:14Z	-
dc.date.issued	2014-12-19	pt_BR
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZKGDZ	-
dc.description.abstract	Numerical modeling of flows is an important tool used before building proper physical models of hydraulic structures. In some projects, when the construction of physical models is not economically feasible, numerical models are used to directly evaluate the performance of these structures and to determine final details in their design. A large variety of numerical methods and turbulence models has been developed in the last three decades seeking to represent the enormous range of types of flows existing in nature or in industry. Although, there is still a gap between the foretold potential of this models and the assurance of their accuracy for different cases. Accordingly, the aims of this study are to set up a three-dimensional numerical model and to evaluate the accuracy of different turbulence models of reproducing the flow characteristics of a 90º open channel confluence, which, though consisting of a common and simple geometry, produces a roundly three-dimensional flow, not easy to be reproduced in numerical models. OpenFOAM, a free and open source CFD software, was used in this research. The experimental data used for validating the numerical models was taken from the experiments made by Weber et al. (2001). The most three dimensional flow scenario was analyzed, when q* = main channel inflow / total outflow = 0,25. Velocity fields were compared to evaluate the accuracy of simulation results from three different turbulence models [the Re- Normalization Group (RNG) k- model, the k- model and a Large Eddy Simulation (LES) model]. The water-surface was treated by a rigid lid approach. The general flow behavior generated by the numerical models was in good agreement with the experimental results, regardless of the rigid lid approachs natural inability of modeling the free-surface. However none of the turbulence models could reproduce properly the secondary current or the helicoidal current downstream the junction. Though the LES model was meant to be more powerful, its accuracy was worse than the two-equation turbulence models. No big difference was found in the performance of the RNG k- and the k- models. However, since the RNG k- better predicted the separation zone, it can be said that it was the most efficient turbulence model for the case analyzed in this research.	pt_BR
dc.description.resumo	Modelagem numérica de escoamentos é uma importante ferramenta utilizada antes de construir modelos físicos adequados de estruturas hidráulicas. Em alguns projetos, quando a construção de modelos físicos não é economicamente viável, modelos numéricos são utilizados para avaliar diretamente o desempenho dessas estruturas e para determinar os detalhes no projeto executivo. Uma grande variedade de métodos numéricos e modelos de turbulência tem sido desenvolvida nas últimas três décadas pretendendo representar a enorme variedade de tipos de fluxo existentes na natureza ou na indústria. Entretanto, ainda há uma lacuna entre o potencial desses modelos e a garantia da sua precisão para casos distintos. Assim, os objetivos deste estudo são: montar um modelo numérico tridimensional e avaliar a precisão dos diferentes modelos de turbulência ao reproduzir as características do escoamento livre em uma confluência 90° que, embora constituída por uma geometria comum e simples, produz um fluxo tridimensional e helicoidal que não é fácil de ser modelado. O OpenFOAM, um software de código CFD livre e aberto, foi utilizado. Os dados experimentais utilizados para validação foram obtidos de Weber et al. (2001). Foi analisado o cenário de escoamento de maior característica tridimensional, no qual q* = vazão de entrada no canal principal / vazão de saída = 0,25. Campos de velocidade foram comparados para avaliar a precisão dos resultados de simulação a partir de três diferentes modelos de turbulência [o modelo Re-Normalization Group (RNG) k-, o modelo k- e um modelo Large Eddy Simulation (LES)]. A superfície da água foi tratada como uma tampa rígida e sem atrito. O comportamento geral do fluxo gerado pelos modelos numéricos é de boa concordância com os resultados experimentais, independentemente da incapacidade natural da abordagem da tampa rígida em modelar a superfície da água. No entanto, nenhum dos modelos de turbulência pôde reproduzir precisamente a corrente secundária ou a corrente helicoidal a jusante da junção. Embora o modelo LES tenha sido concebido para ser mais eficaz, sua precisão foi pior do que a dos modelos de turbulência de duas equações. Não foi encontrada grande diferença entre o desempenho dos modelos RNG k- e k-. No entanto, uma vez que o RNG k- melhor representou a zona de separação, pode-se dizer que foi o modelo de turbulência mais eficaz para o caso analisado nesta pesquisa.	pt_BR
dc.language	Português	pt_BR
dc.publisher	Universidade Federal de Minas Gerais	pt_BR
dc.publisher.initials	UFMG	pt_BR
dc.rights	Acesso Aberto	pt_BR
dc.subject	meio ambiente e recursos hídricos	pt_BR
dc.subject	Saneamento	pt_BR
dc.subject.other	Saneamento	pt_BR
dc.title	Numerical modeling of a 90° openchannel confluence flow using openfoam CFD	pt_BR
dc.type	Dissertação de Mestrado	pt_BR
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