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Tipo do documento: Dissertação
Título: Simulação do escoamento atmosférico sobre topografia urbana idealizada através do OpenFOAM.
Autor: BITTENCOURT, Bruno Câncio
Primeiro orientador: BALSA, Carlos
Segundo orientador: VIEIRA, Victor Menezes
Primeiro membro da banca: RODRIGUES, Carlos Veiga
Resumo: Dada a complexidade do escoamento e a estrutura da turbulência sobre a superfície urbana, onde as escalas de comprimento e tempo podem mudar constantemente de um obstáculo para o próximo, parece razoável sugerir que o aumento do poder computacional possibilita a realização de simulações numéricas acessíveis destes fluxos, resultando em informações valiosas que podem fazer o estudo deste tipo de escoamento mais fácil e efetivo. Os modelos de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) em larga escala não conseguem representar em detalhe o escoamento atmosférico em uma cidade ou ambiente urbano. Quando a resolução numa malha computacional é maior ou equivalente à escala característica dos obstáculos urbanos, estes constituem perturbações de submalha. Uma forma de contornar este problema consiste em parameterizar o efeito do tecido urbano no escoamento através da inclusão do arrasto adicional na simulação de larga escala. Tal pode ser feito aumentando artificialmente a rugosidade aerodinâmica do terreno (z0) e deslocando a altura do nível do solo através de uma altura de deslocamento (d). Este trabalho simula, com o software de código aberto OpenFOAM, o escoamento da camada limite atmosférica sobre um domínio computacional que consiste numa matriz quadrada de cubos representando uma topografia urbana idealizada, adotando o modelo de turbulência κ-ω SST com o objetivo principal de criar uma sistemática. O arrasto de pressão e de fricção foi quantificado e, então, definido o coeficiente de arrasto urbano (Cd). São calculados os valores de d e z0 para a matriz de cubos modelada e validada com a simulação parametrizada. São verificados os efeitos de um baixo número de Reynolds nos perfis de velocidade. Os resultados foram obtidos para uma camada limite atmosférica neutra e são comparados com dados da bibliografia e com experimentos em túnel de vento, obtendo-se uma excelente validação com os parametros calculados. Conclui-se que ao utilizar uma condição cíclica nas fronteiras de entrada e saída, o valor do arrasto urbano tende a um valor limite mínimo.
Abstract: Given the complexity of the flow and turbulence structure over an urban surface, where flow and turbulence length scales and time scales can change dramatically from one obstacle configuration to the next, it seems reasonable to suggest that given increases in computational power enables affordable numerical simulations of these flows, providing valuable insights that could make the study of these flows easier and more effective. Large scale Computational Fluid Dynamics (CFD) models cannot represent in detail the atmospheric flow in a city or an urban environment. When the resolution in a computational mesh is bigger or equivalent than the scale characteristic of urban obstacles, these constitute sub grid disturbances. A manner to avoid this problem consists in the urban canopy parametrization in the flow through an inclusion of an additional drag in the large scale simulation. Such manner can be done increasing artificially the aerodynamic roughness length (z0) and displacing the ground level through a displacement height (d). This study simulates, through an open-source software OpenFOAM, the atmospheric boundary layer over a computational domain which consists of a square array of cubes representing an idealized urban topography, adopting the k-ω SST turbulence model in order to create a systematic. The pressure and viscous drag were quantified and then the urban drag coefficient (Cd) was defined. The values of d e z0 are calculated for the array of cubes and the results were validated with the parameterized simulation. The effects of a low Reynolds number are verified in the velocity profiles and in the drag coefficient, which were shown irrelevant. The results are obtained for a neutral atmospheric boundary layer and they are compared to bibliography data and wind tunnel experiments, obtaining a great validation with the calculated parameters. It also concludes that using a cyclic condition at the inlet and outlet the drag coefficient value tends to a minimum limit value.
Palavras-chave: Dinâmica dos fluidos computacional
OpenFOAM
Parametrização
Tecidos urbanos
Rugosidade aerodinâmica
Área(s) do CNPq: Engenharias
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Salvador
Sigla da instituição: UNIFACS
Departamento: Regulação da Indústria e Energia
Programa: Regulação da Indústria e Energia
Citação: BITTENCOURT, Bruno Câncio. Simulação do escoamento atmosférico sobre topografia urbana idealizada através do OpenFOAM. 2018. 90 f. : il. Dissertação Mestrado em Regulação da Indústria e Energia- Unifacs Universidade Salvador, Salvador 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.unifacs.br/tede/handle/tede/666
Data de defesa: 3-Ago-2018
Aparece nas coleções:Regulação da Industria de Energia

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