TRANSIENTES HIDRÁULICOS COM REGIMES MISTOS: INTEGRAÇÃO DE MODELOS DE ATRITO VARIÁVEL E DE CAVITAÇÃO GASOSA
Escoamentos transitórios; Regimes Mistos; Atrito transiente; Interação ar-água.
A modelagem de escoamentos transitórios em sistemas hidráulicos exige a consideração adequada dos mecanismos de dissipação de energia e dos efeitos da compressibilidade do fluido. Em sistemas sujeitos a rápidas variações de vazão e pressão, transições de regime ou presença de ar livre, simplificações frequentemente adotadas em modelos convencionais podem comprometer a representação dos fenômenos observados. Neste contexto, este trabalho investiga duas estratégias complementares para o aprimoramento da modelagem de transientes hidráulicos: a incorporação de formulações de atrito transiente em escoamentos mistos e a consideração da variabilidade da celeridade de onda em sistemas com presença de ar. Na primeira etapa, foram implementadas duas formulações de atrito transiente originalmente desenvolvidas para condutos pressurizados – os modelos de Vitkovský et al. (2000) e de Vardy e Hwang (1993) – no contexto da abordagem TPA (Two-Component Pressure Approach), resultando na formulação SVUF (Saint-Venant with Unsteady Friction). A verificação foi realizada por meio da comparação com dados experimentais de Soares et al. (2015), Vasconcelos (2005), Aureli et al. (2015) e Wright et al. (2003). Os resultados demonstraram que ambas as formulações podem ser aplicadas de forma consistente em diferentes regimes de escoamento. A importância do atrito transiente mostrou-se dependente das características do transitório, sendo mais relevante em eventos de longa duração ou com rápidas oscilações de pressão. Na segunda etapa, foi analisada a influência da presença de ar sobre a propagação das ondas de pressão por meio de formulações de cavitação gasosa com celeridade variável, reunidas sob a denominação Adjustable-celerity Gas Cavity Model (AGCM). Os resultados indicaram que a relevância da celeridade variável depende diretamente da quantidade de gás presente no sistema. Para baixas frações de gás, a hipótese de celeridade constante mostrou-se adequada, enquanto, para maiores concentrações, a atualização da celeridade permitiu representar de forma mais consistente os efeitos da compressibilidade da mistura ar–água. De forma geral, os resultados demonstram que a consideração conjunta do atrito transiente e da variabilidade da celeridade amplia a capacidade de representação de escoamentos transitórios complexos, contribuindo para aplicações relacionadas à segurança hidráulica, à avaliação de transientes e ao dimensionamento de sistemas de proteção.