Estudo laboratorial de correntes de densidade quasi-permanentes sobre leito rugoso e liso

Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil de Construção

A ocorrência de correntes de densidade em lagos e albufeiras é um assunto de grande importância na gestão de qualidade de água e segurança industrial, devido à sua capacidade de transportar sedimentos e poluentes nocivos ao longo do seu desenvolvimento. Neste sentido torna-se essencial investigar a dinâmica da corrente de densidade, nomeadamente quais as condicionantes que sustentam a estrutura turbulenta. A presente dissertação tem como objetivo descrever e caracterizar a estrutura turbulenta de correntes de densidade conservativas quasi-permanentes sobre fundo liso e rugoso, para duas diferentes densidades iniciais da corrente. Neste sentido, foram realizados trabalhos laboratoriais que consistem na medição de velocidades instantâneas no corpo da corrente de densidade, com recurso a um equipamento não-intrusivo, o Particle Image Velocimetry (PIV). O processamento das velocidades instantâneas obtidas é realizado através da aplicação da metodologia da dupla-média (DAM), no tempo e no espaço, que possibilita a caracterização da heterogeneidade do escoamento provocada pelo leito. Nos ensaios pretende-se investigar a influência do excesso de massa volúmica entre a corrente de densidade e o meio ambiente e a influência do leito na estrutura turbulenta da corrente de densidade, através da análise das velocidades, vorticidade, tensões de Reynolds, tensões dispersivas e da energia cinética turbulenta. Com base nos resultados obtidos observa-se que o movimento da corrente de densidade origina um fluxo de retorno. De uma forma geral, verifica-se que a rugosidade do leito induz uma redução da velocidade da corrente de densidade em comparação com correntes de densidade sobre leito liso, e que o aumento excesso de densidade induz um aumento da velocidade da corrente de densidade. Relativamente às tensões de Reynolds verifica-se que as tensões normais longitudinais de Reynolds são elevadas na camada de mistura associadas às instabilidades de Kelvin-Helmholtz, e as tensões de corte são significativas perto do leito.

Fundação para a Ciência e Tecnologia - PTDC/ECM/09975272008