Comparação numérica de um conversor do tipo galgamento sob a incidência de ondas regulares ou irregulares baseadas em estados de mar realísticos da costa do Rio Grande do Sul

Abstract

O presente estudo numérico objetiva avaliar a diferença no comportamento fluidodinâmico de um dispositivo de galgamento sob a incidência de ondas irregulares de um estado de mar realístico quando comparado à incidência de ondas regulares representativas deste estado de mar, considerando dados de mar de 3 pontos da costa do Rio Grande do Sul. Para a modelagem computacional o software Fluent® , baseado no Método dos Volumes Finitos (MVF) foi utilizado. A geração numérica das ondas irregulares e regulares, deu-se através da imposição da condição de contorno de velocidade de entrada do canal por meio de dados transientes discretos das velocidades orbitais de propagação das ondas nos sentidos horizontal e vertical. Para o tratamento adequado da interação água-ar foi empregado o modelo multifásico Volume of Fluid. No final do canal é imposta uma região de dissipação da energia das ondas (praia numérica), que permite a obtenção de resultados para 15 min de simulação. Os resultados para a quantidade de água que galgou a rampa e foi acumulada no reservatório mostraram que o comportamento fluidodinâmico do dispositivo de galgamento tem alterações significativas quando comparadas as duas abordagens propostas. Para os 3 pontos da costa analisados, o dispositivo de galgamento acumulou maior quantidade de água no reservatório e também apresentou comportamento mais estável quando sob a incidência das ondas regulares representativas do estado de mar do que quando sob a incidência das ondas irregulares do estado mar. Diferenças de até 350% foram encontradas para a massa de água acumulada no reservatório do conversor do tipo galgamento, demonstrando assim evidências de que os resultados podem estar sendo superestimados quando o dispositivo é simulado sob a incidência de ondas regulares representativas.

The present numerical study aims to evaluate the difference in the fluid dynamics behavior of a overtopping device under the incidence of irregular waves in a realistic sea state when compared to the incidence of regular waves representative of this sea state, considering sea data from 3 points on the coast from Rio Grande do Sul, Brazil. For the computational modeling the Fluent® software, based on Finite Volume Method (MFV), was employed. The numerical generation of irregular and regular waves occurred through the imposition of the velocity boundary condition using transient discrete values. The volume of fluid (VOF) multiphase model was applied in the treatment of the water-air interaction. At the end of the numerical wave tank, a region of wave energy dissipation, called numerical beach, was imposed allowing results for 15 min of simulation. The results for the amount of water that climbed and was accumulated in the reservoir showed that the fluid dynamic bahavior of the overtopping device has significant changes when comparing the two proposed approaches. For the 3 coast points analyzed, the overtopping device accumulated more water in the reservoir and also showed a more stable bahavior when under the incidence of regular waves then when under the incidence of irregular waves. Differences of up to 350% were found for the water mass accumulated in the reservoir of the overtopping device, showing evidences that the results may be overestimated when the device is simulated under the incidence of representatives regular waves.