Modelo para escoamento não permanente em uma rede de condutos

Abstract

O escoamento em redes de drenagem urbana apresenta uma combinação de diferentes regimes de fluxo, sendo frequente a passagem de fluxo livre a fluxo sob pressão e viceversa (fluxo misto livre-pressão). Tambem aparecem alterações pontuais do escoamento, causadas por estruturas especiais (por exemplo, poços de visita). Alem disso, a configuração da rede costuma ser complexa, apresentando usualmente malhas fechadas. Para a simulação duma rede deste tipo foi desenvolvido um modelo baseado nas equações completas de Saint Venant. O modelo utiliza a chamada "fenda de Preissmann" para poder representar fluxo sob pressão com as ditas equações. Para as situações criadas pela presença de estruturas especiais foram desenvolvidos algoritmos adequados as características de cada uma delas. O problema da complexidade da rede foi resolvido mediante a utilização de um algoritmo de eliminação local. O modelo foi aplicado a diversos casos extraidos da literatura, comparando-se seus resultados com os de equações teóricas e modelos físicos. O desempenho do modelo foi satisfatório em todos os casos. Também é apresentado um exemplo fictício de uso do modelo para a análise e solução de problemas numa rede complexa. A otimização da resolução da rede, mediante a utilização de um algoritmo para o tratamento de matrizes esparsas, e a incorporação de algoritmos para a simulação de novas estruturas especiais aparecem como as principais necessidades de desenvolvimento futuro do modelo.

The flow in urban drainage networks combines diferent kinds of flow regimes, being usual lhe transition between free surface and pressurized flow (free surface-pressure mixed flow). Special structures are frequently found, causing punctual alterations of the flow (e. g. chambers). Moreover, the topological configuration of the network is usually complex, closed loops being common. In order to simulate this kind of networks, a model based on the full Saint Venant equations has been built. To be able to simulate pressurized flow with this equations, the model uses the so-called "Preissmann slot". Specially adapted algoritms were developed for the simulation of the most common special structures. To deal with the complex configuration of the network, a local elimination algoritm is used. Cases appearing in the literature were used to test the model, comparing its results against theoretical equations or physical models. The performance of the model was considered satisfactory in all the tests. A simulated case study is also presented, as an example of the model application to lhe analysis and solution of problems in complex networks. The main features for future work on the model seem to be an optimization of the solutton of the network, using an sparse matrix algoritm, and the development of algorithms for new special structures.