Numerical analysis of waste transport inside a building drainage network and sediments removal from ballast tanks using the Moving Particle Semi-Implicit (2021)
- Authors:
- Autor USP: PEREIRA, LUCAS SOARES - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PCC
- Subjects: DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL; ESGOTOS SANITÁRIOS; TANQUES DE SEDIMENTAÇÃO
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Fenômenos interação fluido-sólido possuem diversas aplicações na engenharia como, por exemplo, no escoamento de concreto fresco, em fluxo de redes de esgoto e em tanques contendo sedimentos. Em face de sua complexidade, soluções analíticas não são capazes de descrevê-los com precisão. Uma alternativa é a utilização de abordagem experimental, porém, devido aos altos custos envolvidos, torna-se restrita a poucos casos. A abordagem computacional tem como vantagens flexibilidade e menores custos. Tradicionalmente, simulações de fluidos são baseadas na descrição Euleriana e utilização de malha. No entanto, as suas desvantagens ficam evidentes na simulação de fenômenos que envolvem grande deformação ou fronteiras móveis. Assim, de forma a contornar essas dificuldades métodos sem malha foram propostos, como, por exemplo, o Moving Particle Semi-implicit (MPS), que é baseado em descrição Lagrangiana e discretização do domínio em partículas. Originalmente, o MPS foi desenvolvido para a simulação de fluidos incompressíveis com superfície livre e recentemente foi adotado em diversas aplicações. A virtude desse método é a capacidade de simular fenômenos altamente não lineares com grandes deformações. Neste estudo, o MPS é utilizado para investigar dois fenômenos envolvendo interação sólido-fluido: transporte de resíduos em sistema de esgoto sanitário, no qual o sólido é modelo como um corpo rígido, e remoção de sedimentos em tanques de lastro, no qual o sedimento é modelo como um fluido denso. O primeiro estudo é uma investigação numérica do transporte de resíduos sólidos em uma rede predial de esgoto sanitário submetida a medidas de redução de consumo de água. Devido ao fluxo intermitente nos trechos iniciais da rede, a deposição de sólidos nos trechos horizontais que recebem os dejetos é especialmente preocupante. Nassimulações, um modelo simplificado da rede de esgoto sanitário de um banheiro é adotado para investigar a influência de parâmetros da tubulação e da descarga. A hidrodinâmica na região de uma junção a 45° e sua influência no transporte de sólido também são avaliados. Além disso, a perda numérica dentro uma tubulação horizontal decorrente da modelagem da parede também é investigada. Os resultados mostram que a modelagem da geometria da tubulação tem uma influência significativa na precisão das simulações. No segundo estudo, experimento e simulações computacionais foram realizados para investigar a efetividade do processo do método flow-through na remoção de sedimento acumulado em tanques de lastro de duplo fundo, que pode ser um habitat para espécies invasoras e representar uma ameaça para a biodiversidade. Os efeitos da vazão e da massa específica dos sedimentos também foram considerados. Adicionalmente, duas modificações objetivando melhorar a remoção de sedimentos foram avaliadas: a presença de um defletor de fluxo e injeção de água pelo fundo. Os resultados mostram que o método flow-through pode não ser efetivo para remover sedimentos aprisionados entre os reforços estruturais do fundo do tanque de lastro, e as modificações propostas, apesar de sua desafiadora implementação, induzem ao aumento de remoção de sedimentos.
- Imprenta:
- Data da defesa: 15.03.2021
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ABNT
PEREIRA, Lucas Soares. Numerical analysis of waste transport inside a building drainage network and sediments removal from ballast tanks using the Moving Particle Semi-Implicit. 2021. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-01022022-125607/. Acesso em: 25 fev. 2026. -
APA
Pereira, L. S. (2021). Numerical analysis of waste transport inside a building drainage network and sediments removal from ballast tanks using the Moving Particle Semi-Implicit (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-01022022-125607/ -
NLM
Pereira LS. Numerical analysis of waste transport inside a building drainage network and sediments removal from ballast tanks using the Moving Particle Semi-Implicit [Internet]. 2021 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-01022022-125607/ -
Vancouver
Pereira LS. Numerical analysis of waste transport inside a building drainage network and sediments removal from ballast tanks using the Moving Particle Semi-Implicit [Internet]. 2021 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3146/tde-01022022-125607/ - A numerical modeling of wave-inclined slats interaction for particle methods
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