Hydraulics of skimming flows on stepped chutes: The effects of inflow conditions?

Modern stepped spillways are typically designed for large discharge capacities corresponding to a skimming flow regime for which flow resistance is predominantly form drag. The writer demonstrates that the inflow conditions have some effect on the skimming flow properties. Boundary layer calculations show that the flow properties at inception of free-surface aeration are substantially different with pressurized intake. The re-analysis of experimental results highlights that the equivalent Darcy friction factor is f similar to 0.2 in average on uncontrolled stepped Chute and f similar to 0.1 on stepped chute with pressurized intake. A simple design chart is presented to estimate the residual flow velocity, and the agreement of the calculations with experimental results is deemed satisfactory for preliminary design.

Estudo numérico do escoamento em descarregadores por orifício

Atualmente, no estudo do comportamento de descarregadores de cheias por orifício, é necessário conhecer as pressões ao longo do descarregador, para várias alturas de água na albufeira. Este tipo de estudos tem sido usualmente realizado recorrendo a ensaios experimentais. No entanto, a utilização de modelos numéricos para a simulação do escoamento em estruturas hidráulicas encontra-se numa fase emergente. Neste sentido, a presente dissertação pretende apresentar um estudo numérico relativo ao escoamento em descarregadores de cheias por orifício. Por forma a efetuar o estudo numérico, foi utlizado o programa comercial de CFD FLOW-3D®, reproduzindo um modelo reduzido construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) correspondente a um descarregador por orifício. Para a realização das simulações numéricas foi necessário definir o objeto de estudo, a malha de cálculo, as condições de fronteira e as propriedades do fluido e objeto de modo a reproduzir as situações ensaiadas experimentalmente no LNEC. A proximidade dos resultados experimentais e numéricos para vários níveis de água na albufeira permitiu validar o modelo numérico para este tipo de escoamentos no interior do orifício.