Análise do mergulho de escoamentos hiperpicnais em canal inclinado por meio de simulação numérica de grandes escalas

Resumo

Escoamentos hiperpicnais são observados quando a massa específica de um fluido que adentra em uma bacia em repouso é maior que aquela do fluido ambiente. Essa diferença pode ser devido à temperatura, salinidade, turbidez ou concentração. Em uma configuração de fundo inclinado, a quantidade de movimento do escoamento diminui progressivamente, até que ele mergulhe sob o fluido ambiente e escoe junto ao leito. Destaca-se a relevância do estudo quanto à saúde de ecossistemas nas regiões de foz de rios, no gerenciamento e operação de reservatórios e no campo da geologia, uma vez que antigos depósitos de areia podem preservar registros sobre ambientes climáticos e tectônicos, além de formarem importantes reservatórios de hidrocarbonetos. No presente trabalho, simulações numéricas 3D são realizadas para um escoamento hiperpicnal que evolui no leito de um canal inclinado. Usando técnicas numéricas projetadas para supercomputadores, as equações incompressíveis de Navier-Stokes e transporte são resolvidas para reproduzir os experimentos de Lamb et al. (2010). Este estudo apresenta e verifica uma nova estrutura numérica, desenvolvida para a correta reprodução e análise do fenômeno de mergulho e suas características associadas. Uma boa concordância é encontrada entre os dados experimentais de Lamb et al. (2010), o modelo analítico de Parker e Toniolo (2007) e as simulações apresentadas. Uma nova equação é proposta para a previsão da profundidade para mergulho, incluindo o papel da velocidade de sedimentação e da declividade do leito do canal. A alta resolução espaço-temporal das simulações permite verificar as hipóteses estabelecidas, e uma boa concordância é encontrada não apenas para a posição de mergulho estacionária observada, mas também para a evolução temporal até atingir tal posição. Por fim, investiga-se o impacto observado quando o fluido ambiente no canal é alternado de água doce para salgada, onde percebe-se que tal mudança não é relevante quando a velocidade de sedimentação é nula, contanto que a diferença de densidade dos fluidos seja mantida constante. Por outro lado, uma nova dinâmica é observada na zona de mergulho e a jusante dela na presença de sedimentação, evidenciada pela convecção ascendente e mistura intensificada entre ambos os fluidos.

Felipe N. Schuch

Application Engineer

Possuo experiência na aplicação e também no desenvolvimento de ferramentas computacionais capazes de resolver problemas complexos, além de realizar o processamento, visualização e comunicação dos dados produzidos por essas soluções.