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Title: Modelagem numérica da dispersão de pluma térmica em rios e canais
Authors: Lucchetti, Pedro Augusto Pereira
metadata.dc.contributor.advisor: Moreira, Roger Matsumoto
metadata.dc.contributor.members: Maia, Mônica Pinto
Araújo, João Felipe Mitre de
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Citation: Lucchetti, Pedro Augusto Pereira.Modelagem numérica da dispersão de pluma térmica em rios e canais. 2018. 76 f. Projeto Final (Bacharelado em Engenharia Química). - Departamento de Engenharia Química e Petróleo, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2018.
Abstract: A modelagem da dispersão de efluentes térmicos em rios e canais é essencial para que o despejo de correntes industriais seja realizado de forma sustentável e cause um impacto mínimo ao meio ambiente. Entretanto, por esse fenômeno depender de muitas variáveis, a sua modelagem matemática é extremamente complexa e não possui soluções analíticas. Nesse sentido, a fluidodinâmica computacional se apresenta como uma ferramenta muito poderosa, pois viabiliza a resolução por metodologias numéricas facilmente aplicadas através de programas comerciais como o COMSOL Multiphysics. O COMSOL se baseia no método dos elementos finitos e possui um pacote completo para a resolução de escoamentos não-isotérmicos e turbulentos. No presente trabalho foi validada a capacidade do COMSOL em resolver este tipo de problema, baseando-se na reprodução dos resultados numéricos e experimentais apresentados na publicação de Tang et al. (2008). Para estudar o fenômeno da dispersão de pluma térmica foi proposta uma análise bidimensional para o canal em escala piloto presente no Laboratório de Hidráulica da Universidade Federal Fluminense, possuindo 6m de comprimento e 10 cm de largura. Foram propostas diferentes condições de contorno para o lançamento de água quente de forma perpendicular ao fluxo de água fria no canal. Por meio das simulações foi possível mostrar a influência da velocidade de escoamento no canal, da temperatura do lançamento e da localização do despejo sobre a pluma térmica formada. A variação dos parâmetros relevantes foi suficiente para gerar alterações significativas nos valores de temperatura média ao longo do canal. Por meio de uma simulação transiente foi possível observar a formação da pluma e a posterior dispersão ao longo do canal. Com os resultados obtidos ficou evidenciada a necessidade de planejamento para a otimização do lançamento de efluentes industriais em corpos de água
metadata.dc.description.abstractother: Modeling the dispersion of thermal effluents into rivers and canals is essential for the disposal of industrial streams to be carried out in a sustainable manner and to have a minimal impact on the environment. However, this phenomenon depends on many variables, thus its mathematical modeling is extremely complex and there are no analytical solutions. In this sense, computational fluid dynamics presents itself as a very powerful tool, since it enables the resolution by numerical methodologies easily applied through commercial programs such as COMSOL Multiphysics. COMSOL is based on the finite element method and owns a specific set of methods for the resolution of non-isothermal and turbulent flows. In the present work, COMSOL's ability to solve this type of problem was validated, based on the reproduction of numerical and experimental results presented in Tang et al. (2008). To study the phenomenon of thermal plume dispersion, a two-dimensional analysis was proposed for the pilot-scale channel present in the Hydraulic Laboratory in Universidade Federal Fluminense, being 6m long and 10cm wide. Different boundary conditions were proposed for the hot water discharge perpendicular to the cold-water flow inside the channel. By means of the simulations it was possible to show the influence of the flow velocity on the channel, the discharge temperature and location on the formed thermal plume. The variation of the relevant parameters was enough to generate significant changes in mean temperature values along the channel. By means of a transient simulation it was possible to observe the formation of the plume and the subsequent dispersion along the channel. With the results, it was evidenced the need of planning for the optimization of the release of industrial effluents in water bodies
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/8074
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