NUMERICAL INVESTIGATION OF TURBULENCE CHARACTERISTICS AND SELF-SIMILARITY IN A HIGHLY AERATED STABLE HYDRAULIC JUMP USING LARGE EDDY SIMULATION

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo numérico de um ressalto hidráulico estabilizado, a número de Froude 4.25 e número de Reynolds 1.15×10⁵, posicionado em um canal horizontal de seção transversal retangular com comprimento de 3,2 m, largura de 0,5 m e altura 0,4 m, resolvido mediante aplicação do método de simulação de grandes escalas (LES). As características básicas do ressalto hidráulico são simuladas, como as profundidades conjugadas, comprimento do ressalto e perfis de velocidade e concentração de ar. O decaimento da velocidade máxima do ressalto hidráulico e a taxa de espalhamento da camada cisalhante são simulados e comparados com dados experimentais. Para esses parâmetros, os resultados numéricos demonstram que é possível estabelecer uma analogia com outros escoamentos cisalhantes, tais como o jato de parede plano. Perfis das componentes vertical e longitudinal da velocidade média são simulados, de modo que a autossimilaridade é observada para seções transversais localizadas na região de recirculação do ressalto. A autossimilaridade também é observada em termos de flutuações turbulentas, enquanto as simulações LES indicam um alto nível de turbulência na região de recirculação. A raiz quadrática média simulada da componente longitudinal da flutuação de velocidade, , varia de 0,5 a 0,7 da velocidade máxima das seções transversais e a raiz quadrática média simulada da componente vertical da flutuação de velocidade, , gira em torno de 0,5 da velocidade máxima das seções transversais. Todas as comparações de validação demonstraram boa concordância com os dados experimentais selecionados de Kramer and Valero (2020) and Wang (2014), apresentando desvios médios sempre menores que 5%.