| Abstract: | Correntes de densidade, ou correntes gravitacionais, são escoamentos gerados pelo gradiente de densidade entre dois fluidos de massas específicas diferentes. Correntes de turbidez é um tipo de corrente de densidade onde a diferença de densidade é causada pela presença de sedimentos mantidos em suspensão pela turbulência do escoamento. O estudo desse tipo de corrente possui grande relevância tanto por motivos acadêmicos como econômicos. Por exemplo, para a indústria de extração de óleo e gás há um grande interesse na compreensão desse fenômeno físico, porque correntes de turbidez formam depósitos, chamados de turbiditos, que quando são compostos principalmente por areias finas possuem alto potencial de se tornarem reservatórios de hidrocarbonetos. Para o estudo de correntes de densidade há diversos tipos de abordagem, uma delas, e a que foi adotada neste trabalho, é pela resolução numérica das equações que regem o fenômeno. Este trabalho é um estudo numérico de correntes de densidade bi-dispersas na configuração conhecida na literatura como Lock-release. O objetivo é entender qual o efeito da variação do número de Reynolds e do Schmidt na dinâmica do escoamento e na formação do seu depósito. Utilizou-se simulação numérica direta e simulação de grandes escalas. O código Incompact3D foi empregado para resolver as equações de Navier-Stokes e a equação do transporte e difusão para fluidos incompressíveis utilizando a aproximação de Boussinesq.O número de Reynolds definido para as simulações variou entre 5000 e 70000. Para o número de Schmidt se considerou dois casos: (i) 1 para as duas frações granulométricas e (ii) valor 3 para o grão com diâmetro mais grosso, enquanto se mantém valor unitário para a outra partícula. Para análise do fenômeno foram mensuradas a variação temporal de algumas quantidades associadas à corrente como a posição e velocidade da frente, massa suspensa, taxa de sedimentação e altura do depósito. Também foi calculada a evolução temporal do balanço de energia. Os resultados obtidos estão de acordo com o que está disponível na literatura. Analisando o efeito do número de Reynolds, observou-se que quanto maior for o valor desse parâmetro mais a simulação se aproxima do experimento de referência. Ao observar o efeito da dupla difusividade constata-se que ele é mais significativo para as simulações com número de Reynolds 5000 e conforme se aumente o valor do Reynolds, menos se observa uma diferença entre as simulações para os dois casos considerados de Schmidt.
Density current flows is the phenomenon of one fluid propagate through another fluid with a different density due to the gradient of density. Turbidity currents is the name for flows when this difference is caused by suspended sediments due to the turbulent flow. The study of this kind of flow own great relevance for academic and economic issues. For example, there is a great interest for the industry of oil and gas to understand better this phenomenon, because deposits create by sedimentation of turbidity currents flows with a great concentration of fine particles have a great potential to become hydrocarbon reservoirs. There are many kinds of approaches for the study of density current flows, one of them is through the computational simulation by a numerical scheme. This work is a numerical study of bi-disperse density currents flows on lock-release configuration. The goal is understand the effect of Reynolds and Schmidt number variation on the flow dynamic as well as the deposit formation. Simulations using direct numerical simulation approach as well as implicit large eddy simulations are performed.The code Incompact3D was used to solve the Navier-Stokes equations and transport equation under the Boussinesq approximation. Values between 5000 and 70000 are performed for the Reynolds number. For the Schmidt number, two cases are considered: (i) 1 for the two particles fractions and (ii) value 3 for the particle fraction with bigger grain diameter, while we keep unitary value for the other particle fraction. In order to quantify our experiments we calculated some features of the flow as position and velocity of front, suspended mass, sedimentation rate and deposit height. We also calculated the temporal evolution of the energy budget of our simulations. Our results agree with literature. Analyzed the effect of Reynolds number, it notices that the simulations with greater values of Reynolds are more closely to reference. For the double mass difusiv- ity effect, we see it is more significant for simulations with Reynolds 5000 and decreasing in relevance for bigger values of Reynolds. |
