Análise de corrente de densidade em configuração de bacia com alimentação contínua

Abstract

Correntes de densidade são escoamentos que ocorrem pela diferença de massa específica entre dois fluidos. Essa diferença de massa específica pode ser ocasionada por diversos motivos, como a diferença de temperatura e a presença de partículas no escoamento. Quando a corrente possui partículas em suspensão, tem-se um caso particular de correntes de densidade, que são as correntes de turbidez. O estudo dessas correntes é essencial para a compreensão da formação de bacias sedimentares, que possuem uma configuração de escoamento não confinada. Essa configuração ainda é pouco explorada na literatura, devido a dificuldade de instrumentação experimental e do alto custo computacional na simulação numérica.Assim, se diferencia pela contribuição a respeito da análise da sensibilidade do número de Schmidt, da influência do número de Reynolds e da velocidade de queda na evolução e no formato da frente de uma corrente monodispersa, em configuração de bacia com alimentação contínua, usando simulação numérica de alta precisão. O código computacional Incompact3D foi usado para realizar Simulação Numérica Direta (DNS) e Simulação de Grandes Escalas Implícito (iLES).Analisou-se diferentes variáveis como a posição e a velocidade da frente da corrente, além de mapas de depósito e a evolução do formato das correntes de densidade. A partir destas análises, observou-se que o formato desenvolvido pela corrente não confinada está diretamente ligado com a relação entre as forças inerciais e viscosas do escoamento (ou seja, com o número de Reynolds) e com a velocidade de queda da partícula. Por fim, ainda foi possível relacionar a dinâmica da corrente com o mapa de depósito acumulado e o potencial erosivo no leito do domínio.

Density current flows occur due to the density difference between the two fluids. This density difference happens for several reasons, such as the temperature difference and the presence of particles in the flow. When the flow has suspended particles, this is a particular case of density currents, which are called turbidity currents. The study of these currents is essential for an understanding of sedimentary basins formation, which have an unconfined flow configuration. This configuration is still not deep studied in the literature, due to the difficulty of experimental instrumentation and the high computational cost of numerical simulation.Thus, the main goal is to identify and analyze the flow patterns and the deposited map formed by a density current in basin configuration with continuous inflow flow, using high precision numerical simulation. Incompact3D was used to perform Direct Numerical Simulation (DNS) and Implicit Large Scale Simulation (iLES). Different variables were analyzed, such as the position and velocity of the front’s current, in addition to deposit maps and the evolution of the shape of the density currents.From these analyzes, it was observed that the format developed by the unconfined current is directly related to the relationship between the inertial and viscous forces of the flow (know as the Reynolds number) and with the particle sedimentation velocity. Finally, it was still possible to relate the dynamics of the current to the deposited map formed and the erosive potential in the bed.