Tensão de cisalhamento em canais com superfície livre em modelos 1D, 2D e 3D

Código

III-FLUHIDROS0080

Autores

Leonardo Romero Monteiro, Bruna Fernanda Soares, Mariana de Cesaro

Tema

01 - Mecânica dos Fluidos (Ensino, Hidráulica e Mecânica dos Fluidos Ambiental).

Resumo

Escoamentos em canais abertos, caracterizados pela presença de uma superfície livre sujeita às condições atmosféricas e delimitados por contornos sólidos, são amplamente encontrados tanto em sistemas naturais quanto em aplicações de engenharia. No contorno sólido desses escoamentos, a condição de não deslizamento impõe que a velocidade do fluido seja nula na interface fluido-parede, resultando na formação de uma camada limite perpendicular ao contorno. Apesar da natureza intrinsecamente tridimensional dos escoamentos com superfície livre, abordagens simplificadas têm sido historicamente utilizadas. Diante desse contexto, o presente trabalho tem como objetivo analisar e integrar as principais abordagens utilizadas na representação da fricção de fundo em escoamentos com superfície livre, considerando modelos 1D, 2D e 3D. Modelos unidimensionais (equações de Saint-Venant) e bidimensionais (equações de águas rasas) baseiam-se em grandezas médias e utilizam coeficientes empíricos de resistência para representar os efeitos verticais do desenvolvimento da camada limite, como os propostos por Manning, Chézy e Darcy?Weisbach, a partir da adição direta de termo na equação de momentum. Nos modelos tridimensionais, baseados nas equações de Navier?Stokes, uma representação mais detalhada dos efeitos da rugosidade são aplicados diretamente nas condições de contorno da malha.