Author(s):
Robalo, Rafael Manuel Teles
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.6/5466
Origin: uBibliorum
Subject(s): Campos de Velocidade; Elemento Cilíndrico; Escoamento Turbulento; Ldv; Permeabilidade; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil
Description
O conhecimento do campo de escoamento, junto de estruturas permeáveis, tem permitido implementar medidas, recorrendo a esse tipo de estruturas, na estabilização de leitos e na proteção das margens de rios. A adoção destas medidas, baseadas em enrocamentos, também têm sido utilizadas na proteção contra as erosões localizadas junto das fundações de pontes. Ainda assim, persistem dúvidas devido à complexidade dos fenómenos envolvidos, nomeadamente quando as estruturas permeáveis se desenvolvem em altura. Na presente dissertação pretende-se realizar um estudo comparativo do campo de escoamentos que se desenvolve junto de dois elementos cilíndricos verticais, com porosidades de 0% e ˜50%, ensaiados no canal de Estruturas Hidráulicas da UBI. No trabalho experimental, as medições das componentes bidimensionais das velocidades instantâneas, longitudinal e vertical, foram realizadas em três planos transversais, com um sistema 3D de Velocimetria Doppler Laser (LDV). Os contornos das componentes da velocidade média no tempo, dos vetores velocidade, das intensidades turbulentas, das tensões de Reynolds e das tensões tangenciais totais, são utilizados na caracterização do campo de escoamento em torno dos obstáculos. Os resultados obtidos permitiram concluir que a permeabilidade influencia as características do campo do escoamento junto ao elemento cilíndrico. A possibilidade do escoamento, que chega a montante do obstáculo, poder passar pela estrutura porosa, em vez de a contornar, caso esta fosse impermeável, possibilita a minimização do escoamento descendente, em quantidade e velocidade, condicionando o desenvolvimento do vórtice em ferradura. Já a jusante, por influência do escoamento que atravessa a estrutura porosa, a zona de esteira não apresenta vorticidades tão bem definidas, como no caso do escoamento que contorna o elemento cilíndrico impermeável. A partir desta secção, a zona inferior da esteira turbulenta, em vez de apresentar o escoamento ascendente característico de estruturas cilíndricas impermeáveis, que promove o transporte de sedimentos, apresenta um escoamento mais horizontal, com tendência descendente e capaz de promover a deposição de sedimentos para jusante dos obstáculos. De um modo geral, a interferência que um elemento cilíndrico provoca no seio de um escoamento, é menor quando este é dotado de alguma permeabilidade, que mantenha o melhor possível a continuidade do escoamento longitudinal, diminuído a necessidade deste ter de a contornar, e assim reduzir o escoamento descendente que irá originar as erosões localizadas.
The flow field knowledge, along permeable structures, has allowed the implementation of measures, resorting to this type of structures, in beds stabilization and river banks protections. The adoption of these measures, based on riprap, have also been used to protect against local scour close to bridges foundations. Nevertheless, there are still doubts due to the complexity of the phenomena involved, particularly, when the permeable structures develop in height. The present dissertation provides a comparative study between the flow field around two circular piers, with porosities of 0% and ˜50%, tested in UBIs Hydraulic Structure channel. In experimental work, the two-dimensional components of the instantaneous velocity, longitudinal and vertical, were measured on three cross sections, using a Laser Doppler Velocimeter (LDV). The contours of time-averaged velocity components, velocity vectors, turbulence intensities, Reynolds shear stresses and tangential shear stresses are presented to characterize the flow around obstacles. The results showed that the permeability influences the characteristics of the flow field along the cylindrical element. The possibility of the flow that arrives upstream of the obstacle can pass through the porous structure, rather than around, should it be solid, allows minimizing of the downflow, in quantity and velocity, conditioning the development of the horseshoe vortex. In downstream, due to the influence of the bleed-flow, the wake region has no vorticities as well defined, as in the case of deflected flow in a solid pier. From this section, the lower of the wake region, instead of displaying the typical upflow of impermeable cylindrical structures, which promotes the transport of sediments, presents a more horizontal flow, with downflow capable of promoting the deposition of sediment to the downstream of obstacles. In a general way, the interference that a cylindrical element causes within a flow is smaller when this is endowed with some permeability, which maintains the best possible longitudinal continuity of flow, reducing the deflected flow and downflow which leads to local scour.