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Modelagem e simulação da estratificação térmica na camada limite atmosférica
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Modelagem e simulação da estratificação térmica na camada limite atmosférica
Schuster, Matheus Foschera
Data da Defesa:
2021-09-30
Orientador:
Zinani, Flávia Schwarz Franceschini
Resumo:
As simulações de escoamento do vento na camada limite atmosférica atualmente realizadas, apesar de bem desenvolvidas, muitas vezes desconsideram efeitos como as diferentes condições de estratificação térmica, com o intuito de simplificar os modelos. A estratificação térmica, porém, tem um impacto significativo nos resultados obtidos pela simulação, principalmente em locais onde há grande variação diária ou anual de temperatura. Dessa forma, esta pesquisa buscou elaborar um modelo de CFD para melhor representar o escoamento na camada limite atmosférica simulada em túnel de vento em condições de estratificação térmica. Para isso foi utilizado o software comercial ANSYS Fluent, empregando a metodologia de simulação de grandes escalas (LES – Large Eddy Simulation), com o modelo se submalha de Smagorinsky dinâmico, assim como a modelagem clássica da turbulência (RANS – Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations). A aproximação de Boussinesq foi empregada para representar a convecção natural e a Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov para introduzir os efeitos da estratificação atmosférica nos perfis verticais da velocidade e temperatura do escoamento. O modelo desenvolvido foi aplicado na simulação de escoamento sobre uma colina íngreme, e os resultados obtidos foram comparados à dados experimentais de túnel de vento encontrados por Ross et al. (2004), além de ser aplicado ao escoamento sobre o modelo reduzido de uma turbina eólica, para uma análise qualitativa dos impactos da estratificação atmosférica na velocidade e turbulência do escoamento. De forma geral o modelo se comportou bem, e foi capaz de representar os efeitos gerais induzidos pela estratificação de forma satisfatória, sendo possível identificar variações no perfil de velocidade para os diferentes casos de estratificação, além dos impactos do gradiente de temperatura na intensidade turbulenta do escoamento. Os resultados obtidos indicam que a estabilidade atmosférica é um fator importante para o escoamento na camada limite atmosférica, devendo ser levado em consideração para um melhor planejamento de parques eólicos.
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