Three-dimensional (3D) simulations using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were pe... more Three-dimensional (3D) simulations using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were performed for smooth and stepped spillways with converging walls, in order to evaluate the influence of the wall deflection and the step macro-roughness on the main non-aerated flow properties. The simulations encompassed a 1V:2H sloping spillway, wall convergence angles of 9.9° and 19.3°, and discharges corresponding to skimming flow regime, in the stepped chute. The overall development of the experimental data on flow depths, velocity profiles, and standing wave widths was generally well predicted by the numerical simulations. However, larger deviations in flow depths and velocities were observed close to the upstream end of the chute and close to the pseudo-bottom of the stepped invert, respectively. The results showed that the height and width of the standing waves were significantly influenced by the wall convergence angle and by the macro-roughness of the invert, increasing with a la...
Apresenta-se uma revisão da literatura sobre os escoamentos em quedas sucessivas, assim como a re... more Apresenta-se uma revisão da literatura sobre os escoamentos em quedas sucessivas, assim como a respeito de escoamentos sobre um degrau. Foram analisadas metodologias para a previsão do alcance do jato, alturas características dos escoamentos, energia dissipada e eficiência de reoxigenação. As equações foram comparadas entre si e com dados experimentais, fornecendo informações sobre desvios, concordâncias, divergências e lacunas de conhecimento devido à falta de dados. Concluiu-se não haver concordância entre as metodologias para o cálculo da energia dissipada por um degrau e para o alcance do jato. Para mais de um degrau, não há consenso sobre a previsão da ocorrência do regime estudado e seus sub-regimes. Há lacunas sobre o cálculo da energia dissipada e poucos estudos sobre a reaeração. Tais lacunas e potenciais avanços sobre o tema conduziram, no presente trabalho, à proposição de uma equação para a energia dissipada e uma equação para o cálculo da eficiência da reaeração. Palavras-chave: Canal em degraus. Quedas sucessivas. Vertedor em degraus.
AbstractTheoretical and experimental results for the evolution of cavities generated by upward ve... more AbstractTheoretical and experimental results for the evolution of cavities generated by upward vertical leakage jets in porous media are presented. The formulation is based on the conservation prin...
The results of analytical and experimental studies are presented, showing that the proposed metho... more The results of analytical and experimental studies are presented, showing that the proposed method for indirect determination of gas transfer coefficients at gas-liquid interfaces, based on information generated by the dissolution of a floating solid, seems to be a useful methodology. The equations proposed were verified in two laboratory experiments with distinct geometries and physical conceptions.
Folsom Dam, located on the American River, about 20 miles northeast of Sacramento, CA, was built ... more Folsom Dam, located on the American River, about 20 miles northeast of Sacramento, CA, was built in 1950 for flood control, water supply, electric power, and recreation. A new assessment of the probable maximum flood (PMF) has been made which requires the design and construction of a new outlet system to address dam safety. The new outlet system is an auxiliary spillway which includes a gated control structure, a 2%, 2000 ft long chute ending at a stepped spillway and a stilling basin downstream of the spillway. The physical model of the control structure is currently under investigation at the Utah Water Research Laboratory of the Utah State University in Logan, Utah. The focus of this physical model study was the entire auxiliary spillway system, except the control structure. This model utilized a single sluice gate across the entire width for flow control instead of a series of taintor gates, each located in a bay. A 1:26 Froude scaled model of the auxiliary spillway was built in the main channel of the St. Anthony Falls Laboratory (SAFL) to study operation of the stepped spillway and the stilling basin under varying hydraulic conditions by the control structure, headwater elevations in the reservoir and tailwater elevations. The extent of the model was from station 9+15, located 198 ft upstream of the control structure piers, to station 43+52, located 215 feet downstream of the final design of the stilling basin.Associates California Engineers LLC; Sacramento District of the US Army Corps of Engineer
Revista Eletrônica de Gestão e Tecnologias Ambientais, 2020
Ondas de cheia em canais e ondas produzidas por manobras em comportas são alguns fenômenos simula... more Ondas de cheia em canais e ondas produzidas por manobras em comportas são alguns fenômenos simulados com as equações de Saint-Venant em aplicações de engenharia. Um novo código foi desenvolvido para a solução dessas equações aplicadas a um canal trapezoidal assimétrico, empregando o método de volumes finitos de Lax e Friedrichs. Foi adotada uma linguagem de programação reconhecida por um software livre. Três testes numéricos foram realizados. O primeiro, correspondente à passagem de uma onda de cheia em um canal retangular, apresentou aderência aos resultados obtidos com a solução calculada através do método implícito de Preissmann, com desvio relativo máximo de 1,4% para a velocidade e de 0,81% para a altura de escoamento. O segundo teste resolveu o escoamento em um canal de fundo variado que induz à formação de um ressalto hidráulico. As comparações dos presentes resultados com aqueles de simulações publicadas recentemente resultaram em um desvio máximo de 2,3% para as alturas de ...
Hydraulic structures and society - Engineering challenges and extremes, 2014
The application of non-intrusive techniques has been sought in experimental studies involving com... more The application of non-intrusive techniques has been sought in experimental studies involving complex hydraulic phenomena. In this sense, in the present study an ultrasonic sensor and a high speed camera were used for measurements in hydraulic jumps, in order to evaluate the freesurface characteristics. The free surface was identified in the images using relatively simple procedures of image processing. The proposed methodology for image analysis is relatively robust and produces the mean longitudinal interface profile compatible to that obtained with the ultrasonic sensor. The results of the present study include mean free surface profile, time evolution of the free surface and toe oscillation.
Observe que a equação da energia simplificada para este problema foi reescrita para identificar F... more Observe que a equação da energia simplificada para este problema foi reescrita para identificar F(V) = 0, que é a função objetivo. A Tabela 2 é uma possível forma de organizar a solução do problema. Por razões didáticas, as colunas foram numeradas de 1 a 12. A Tabela 3 apresenta comentários sobre esta forma de resolver o problema. Tabela 2 -Solução do problema 1.2 Tabela 3 -Comentários sobre a solução apresentada na Tabela 2 e planilha deste problema A velocidade média, V, é inicialmente desconhecida. Observe que Q = VA, portanto, ao calcular V, a vazão poderá ser calculada facilmente. Uma semente para V é necessária. Sugere-se um valor entre 0,5 e 3,0 m/s, valores usuais em hidráulica. 2 Com o valor de V, calcula-se o número de Reynolds. V foi digitado inicialmente como uma semente, isto é, um valor inicial necessário para que os cálculos sejam realizados. Portanto, todos os cálculos realizados com esse número estarão provavelmente incorretos antes do uso do solver. 3 De um ponto de vista prático pensando-se na elaboração da planilha, o cálculo da rugosidade relativa simplifica a digitação da fórmula para o fator de cisalhamento. 4 Com os valores de Re e ε/D, pode-se calcular f (foi empregada a equação 14). 5 Ao calcular o somatório dos valores de K, observe o número de acessórios. 6 L/D simplifica a escrita de hf e é um bom indicador da influência relativa das perdas de carga localizadas. O cálculo da carga cinética também simplifica a digitação das equações para as perdas de carga. 8 Nesta célula é calculada a perda de carga distribuída, com a equação 5. 9 É empregada a equação 15, modelo para as perdas localizadas. 10 Nesta célula é digitada a função objetivo, F(V)=0, descrita anteriormente. Não é necessário escrever nesta célula as funções originais. São empregadas as células anteriores que contêm tais funções (para f, hf e hL). Com V = 1,0 m/s, F(V) = -1,9811, indicando que a solução ainda não foi encontrada. É neste estágio que o solver passa a ser necessário. 11 Cálculo realizado com a definição de vazão, Q = VA, sendo A = πD²/4. 12 Apresentação do resultado em litros por segundo, L/s. Caro leitor: Estou utilizando agora o Excel ® 2010. Outras versões também possuem o solver, mas a descrição do procedimento de uso pode ser um pouco diferente. Verifique se o solver está disponível entre as ferramentas de Análise em Dados (Figura 6a). Se não, clique em Arquivo (primeira opção na parte superior, provavelmente), em seguida, em Opções, Suplementos e Ir... (botão localizado na parte inferior da janela). Essas ações deverão ativar uma janela. Marque a opção Solver e OK. Em máquinas atuais, a instalação deve acontecer em poucos segundos.
AbstractCertain closed conduits may undergo processes of rapid filling, in which the flow regime ... more AbstractCertain closed conduits may undergo processes of rapid filling, in which the flow regime transits from open channel into pressurized flows. Air bubbles may be entrained through such pressur...
AbstractTheoretical and laboratory studies were presented for the water column oscillation in a v... more AbstractTheoretical and laboratory studies were presented for the water column oscillation in a vertical tube partially immersed in a reservoir. Three types of oscillations were studied, with the t...
The stability of humans partially immersed in risky open water flows, resulting from urban floodi... more The stability of humans partially immersed in risky open water flows, resulting from urban flooding caused for example by dam breaks, or failures in drainage systems, or natural extreme events, is a topic of increasing interest because it involves the human safety in an environment that is more and more subjected to extreme events of hydraulic nature. The studies in this field of the applied fluid mechanics generally present equations that handle the results through dimensional quantities. These results were generally obtained in specific experiments for the evaluation of the stability of models of the human body. Intending to advance in the direction of a more general formulation, a dimensional analysis for the problem of human stability in open flows is presented here, showing dimensionless groups that represent the mentioned problem. Equations using these nondimensional groups were then developed using statistical analyses and approximations based on principles of physics and on ...
Three-dimensional (3D) simulations using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were pe... more Three-dimensional (3D) simulations using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method were performed for smooth and stepped spillways with converging walls, in order to evaluate the influence of the wall deflection and the step macro-roughness on the main non-aerated flow properties. The simulations encompassed a 1V:2H sloping spillway, wall convergence angles of 9.9° and 19.3°, and discharges corresponding to skimming flow regime, in the stepped chute. The overall development of the experimental data on flow depths, velocity profiles, and standing wave widths was generally well predicted by the numerical simulations. However, larger deviations in flow depths and velocities were observed close to the upstream end of the chute and close to the pseudo-bottom of the stepped invert, respectively. The results showed that the height and width of the standing waves were significantly influenced by the wall convergence angle and by the macro-roughness of the invert, increasing with a la...
Apresenta-se uma revisão da literatura sobre os escoamentos em quedas sucessivas, assim como a re... more Apresenta-se uma revisão da literatura sobre os escoamentos em quedas sucessivas, assim como a respeito de escoamentos sobre um degrau. Foram analisadas metodologias para a previsão do alcance do jato, alturas características dos escoamentos, energia dissipada e eficiência de reoxigenação. As equações foram comparadas entre si e com dados experimentais, fornecendo informações sobre desvios, concordâncias, divergências e lacunas de conhecimento devido à falta de dados. Concluiu-se não haver concordância entre as metodologias para o cálculo da energia dissipada por um degrau e para o alcance do jato. Para mais de um degrau, não há consenso sobre a previsão da ocorrência do regime estudado e seus sub-regimes. Há lacunas sobre o cálculo da energia dissipada e poucos estudos sobre a reaeração. Tais lacunas e potenciais avanços sobre o tema conduziram, no presente trabalho, à proposição de uma equação para a energia dissipada e uma equação para o cálculo da eficiência da reaeração. Palavras-chave: Canal em degraus. Quedas sucessivas. Vertedor em degraus.
AbstractTheoretical and experimental results for the evolution of cavities generated by upward ve... more AbstractTheoretical and experimental results for the evolution of cavities generated by upward vertical leakage jets in porous media are presented. The formulation is based on the conservation prin...
The results of analytical and experimental studies are presented, showing that the proposed metho... more The results of analytical and experimental studies are presented, showing that the proposed method for indirect determination of gas transfer coefficients at gas-liquid interfaces, based on information generated by the dissolution of a floating solid, seems to be a useful methodology. The equations proposed were verified in two laboratory experiments with distinct geometries and physical conceptions.
Folsom Dam, located on the American River, about 20 miles northeast of Sacramento, CA, was built ... more Folsom Dam, located on the American River, about 20 miles northeast of Sacramento, CA, was built in 1950 for flood control, water supply, electric power, and recreation. A new assessment of the probable maximum flood (PMF) has been made which requires the design and construction of a new outlet system to address dam safety. The new outlet system is an auxiliary spillway which includes a gated control structure, a 2%, 2000 ft long chute ending at a stepped spillway and a stilling basin downstream of the spillway. The physical model of the control structure is currently under investigation at the Utah Water Research Laboratory of the Utah State University in Logan, Utah. The focus of this physical model study was the entire auxiliary spillway system, except the control structure. This model utilized a single sluice gate across the entire width for flow control instead of a series of taintor gates, each located in a bay. A 1:26 Froude scaled model of the auxiliary spillway was built in the main channel of the St. Anthony Falls Laboratory (SAFL) to study operation of the stepped spillway and the stilling basin under varying hydraulic conditions by the control structure, headwater elevations in the reservoir and tailwater elevations. The extent of the model was from station 9+15, located 198 ft upstream of the control structure piers, to station 43+52, located 215 feet downstream of the final design of the stilling basin.Associates California Engineers LLC; Sacramento District of the US Army Corps of Engineer
Revista Eletrônica de Gestão e Tecnologias Ambientais, 2020
Ondas de cheia em canais e ondas produzidas por manobras em comportas são alguns fenômenos simula... more Ondas de cheia em canais e ondas produzidas por manobras em comportas são alguns fenômenos simulados com as equações de Saint-Venant em aplicações de engenharia. Um novo código foi desenvolvido para a solução dessas equações aplicadas a um canal trapezoidal assimétrico, empregando o método de volumes finitos de Lax e Friedrichs. Foi adotada uma linguagem de programação reconhecida por um software livre. Três testes numéricos foram realizados. O primeiro, correspondente à passagem de uma onda de cheia em um canal retangular, apresentou aderência aos resultados obtidos com a solução calculada através do método implícito de Preissmann, com desvio relativo máximo de 1,4% para a velocidade e de 0,81% para a altura de escoamento. O segundo teste resolveu o escoamento em um canal de fundo variado que induz à formação de um ressalto hidráulico. As comparações dos presentes resultados com aqueles de simulações publicadas recentemente resultaram em um desvio máximo de 2,3% para as alturas de ...
Hydraulic structures and society - Engineering challenges and extremes, 2014
The application of non-intrusive techniques has been sought in experimental studies involving com... more The application of non-intrusive techniques has been sought in experimental studies involving complex hydraulic phenomena. In this sense, in the present study an ultrasonic sensor and a high speed camera were used for measurements in hydraulic jumps, in order to evaluate the freesurface characteristics. The free surface was identified in the images using relatively simple procedures of image processing. The proposed methodology for image analysis is relatively robust and produces the mean longitudinal interface profile compatible to that obtained with the ultrasonic sensor. The results of the present study include mean free surface profile, time evolution of the free surface and toe oscillation.
Observe que a equação da energia simplificada para este problema foi reescrita para identificar F... more Observe que a equação da energia simplificada para este problema foi reescrita para identificar F(V) = 0, que é a função objetivo. A Tabela 2 é uma possível forma de organizar a solução do problema. Por razões didáticas, as colunas foram numeradas de 1 a 12. A Tabela 3 apresenta comentários sobre esta forma de resolver o problema. Tabela 2 -Solução do problema 1.2 Tabela 3 -Comentários sobre a solução apresentada na Tabela 2 e planilha deste problema A velocidade média, V, é inicialmente desconhecida. Observe que Q = VA, portanto, ao calcular V, a vazão poderá ser calculada facilmente. Uma semente para V é necessária. Sugere-se um valor entre 0,5 e 3,0 m/s, valores usuais em hidráulica. 2 Com o valor de V, calcula-se o número de Reynolds. V foi digitado inicialmente como uma semente, isto é, um valor inicial necessário para que os cálculos sejam realizados. Portanto, todos os cálculos realizados com esse número estarão provavelmente incorretos antes do uso do solver. 3 De um ponto de vista prático pensando-se na elaboração da planilha, o cálculo da rugosidade relativa simplifica a digitação da fórmula para o fator de cisalhamento. 4 Com os valores de Re e ε/D, pode-se calcular f (foi empregada a equação 14). 5 Ao calcular o somatório dos valores de K, observe o número de acessórios. 6 L/D simplifica a escrita de hf e é um bom indicador da influência relativa das perdas de carga localizadas. O cálculo da carga cinética também simplifica a digitação das equações para as perdas de carga. 8 Nesta célula é calculada a perda de carga distribuída, com a equação 5. 9 É empregada a equação 15, modelo para as perdas localizadas. 10 Nesta célula é digitada a função objetivo, F(V)=0, descrita anteriormente. Não é necessário escrever nesta célula as funções originais. São empregadas as células anteriores que contêm tais funções (para f, hf e hL). Com V = 1,0 m/s, F(V) = -1,9811, indicando que a solução ainda não foi encontrada. É neste estágio que o solver passa a ser necessário. 11 Cálculo realizado com a definição de vazão, Q = VA, sendo A = πD²/4. 12 Apresentação do resultado em litros por segundo, L/s. Caro leitor: Estou utilizando agora o Excel ® 2010. Outras versões também possuem o solver, mas a descrição do procedimento de uso pode ser um pouco diferente. Verifique se o solver está disponível entre as ferramentas de Análise em Dados (Figura 6a). Se não, clique em Arquivo (primeira opção na parte superior, provavelmente), em seguida, em Opções, Suplementos e Ir... (botão localizado na parte inferior da janela). Essas ações deverão ativar uma janela. Marque a opção Solver e OK. Em máquinas atuais, a instalação deve acontecer em poucos segundos.
AbstractCertain closed conduits may undergo processes of rapid filling, in which the flow regime ... more AbstractCertain closed conduits may undergo processes of rapid filling, in which the flow regime transits from open channel into pressurized flows. Air bubbles may be entrained through such pressur...
AbstractTheoretical and laboratory studies were presented for the water column oscillation in a v... more AbstractTheoretical and laboratory studies were presented for the water column oscillation in a vertical tube partially immersed in a reservoir. Three types of oscillations were studied, with the t...
The stability of humans partially immersed in risky open water flows, resulting from urban floodi... more The stability of humans partially immersed in risky open water flows, resulting from urban flooding caused for example by dam breaks, or failures in drainage systems, or natural extreme events, is a topic of increasing interest because it involves the human safety in an environment that is more and more subjected to extreme events of hydraulic nature. The studies in this field of the applied fluid mechanics generally present equations that handle the results through dimensional quantities. These results were generally obtained in specific experiments for the evaluation of the stability of models of the human body. Intending to advance in the direction of a more general formulation, a dimensional analysis for the problem of human stability in open flows is presented here, showing dimensionless groups that represent the mentioned problem. Equations using these nondimensional groups were then developed using statistical analyses and approximations based on principles of physics and on ...
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