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Type: Tese
Title: A study on green water problem with dam break model and the BIV technique
Author(s)/Inventor(s): Duan, Qingfeng
Advisor: Sphaier, Sergio Hamilton
Abstract: A água verde gerada por ondas extremas é principalmente uma mistura ar-água, que inclui uma fase contínua e uma fase dispersa. A fase contínua é estudado principalmente com o modelo de quebra de barragem (QB) por três abordagens principais, a saber analítica, experimental e numérica. Analiticamente, as duas soluções de Stoker são introduzidas para estudar a onda de QB em um canal horizontal seco. Nas fases iniciais, o conceito de “ruptura repentina de barragens” é revisto. A barragem pode ser considerada quebra repentinamente quando o período de remoção adimensional é menor que 3t ∗ 1 5 ≈ 0.63. Para incluírem os efeitos de atrito e de inclinação de fundo, propusemos uma solução fragmentada simplificada (PS). Numericamente, o modelo de dois fluidos com o método Volume of Fluid (VOF) implementado no solver interFoam é usado para simular a onda de QB. O solucionador interFoam resolve as equações de RANS com um modelo de turbulência k − ε. Experimentalmente, diferentes casos de são realizadas incluindo um leito horizontal e quatro leito como diferentes ângulo de inclinação (ascendente 10◦ e 5 ◦ , descendente 10◦ e 5◦ ). Ao introduzir um fator de compensação de tempo t ∗ c = t ∗ 1 3 em PS, a onda de downstream prevista concorda bem com os dados experimentais e os resultados numéricos. Na fase dispersa, os casos presentes aplicaram principalmente a técnica BIV. Para melhorar a compreensão da técnica BIV, são consideradas as propriedades especiais das bolhas e é realizado um experimento BIV de teste para avaliar a capacidade do sistema BIV. Finalmente, a técnica é aplicada no experimento de ruptura da barragem.
Abstract: The green water generated by extreme waves is primarily an air-water mixture, which includes a continuous phase and a dispersed phase. The continuous phase is explored with the dam break model by three main approaches, namely analytical, experimental and numerical. Analytically, both the Eulerian and Lagrangian Stoker solutions are introduced to study the dam break wave in a dry horizontal channel. The two Stoker solutions have an intersection point at the dam section at instant t ∗ 1 = √ 10 3 . In the initial stages, the “sudden dam break” concept is revised. The dam may be considered break suddenly when the dimensionless gate removal period is smaller than 3t ∗ 1 5 ≈ 0.63. To include the bottom friction effects and the bed slope effects for green water problem, we proposed a simplified piecewise solution (PS). Numerically, the two fluid model with the Volume of Fluid (VOF) method implemented in the interFoam solver is used to simulate the dam break wave. The interFoam solves the RANS equations with a k − ε turbulence model. Experimentally, different dam break cases are carried out including one horizontal bed and four different downstream slope beds (upward 10◦ and 5◦ , downward 10◦ and 5◦ ). Each bed is tested with two different water levels (110 mm and 220 mm). By introducing a time compensation factor t ∗ c = t ∗ 1 3 into PS, the predicted downstream wave agree well with the experimental data and numerical results. In the dispersed phase, the present study mainly focus on the BIV technique. The special properties of bubbles are taken into consideration and a test BIV experiment is carried out to evaluate the BIV system capacity. Finally, the BIV technique is applied to the dam break experiment.
Keywords: Engenharia oceânica
Ruptura de barragem
Água verde
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Apr-2017
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Oceânica

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