Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/34507
Title in Portuguese: Um estudo numérico sobre a utilização de telas visando a fixação de dunas e proteção do solo
Author: Lima, Izael Araújo
Advisor(s): Aráujo, Ascânio Dias
Keywords: Telas
Erosão
Dunas
Quebra ventos
Issue Date: 2018
Citation: LIMA, I. A. Um estudo numérico sobre a utilização de telas visando a fixação de dunas e proteção do solo. 2018. 126 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Telas são amplamente aplicadas para evitar a erosão do solo causada pelo vento em áreas afetadas pela desertificação. As telas também fornecem uma maneira de reduzir a taxa de emissão de partículas de poeira, desencadeada principalmente pelos impactos das partículas de areia sopradas pelo vento sobre o solo e que afeta o clima da Terra. Muitos tipos diferentes de telas foram projetados e seus efeitos na dinâmica do transporte de sedimentos são estudados desde muitos anos. No entanto, a busca pelo arranjo ideal de telas permaneceu em grande parte uma tarefa empírica. Para obter a proteção máxima do solo utilizando uma quantidade mínima de material das telas, é necessário um entendimento quantitativo do perfil do fluxo sobre o relevo que abrange a área a ser protegida, incluindo todas as telas que são empregadas. Aqui, utilizamos a Dinâmica dos Fluidos Computacional para calcular o fluxo de vento turbulento através de uma série de telas em função da porosidade, espaçamento e altura das telas. Especificamente, investigamos os fatores que controlam a fração da área do solo sobre a qual a velocidade de cisalhamento do vento cai abaixo do limite para o transporte de areia, quando as telas são aplicadas. Introduzimos uma função de custo, dada pela quantidade de material necessário para construir as telas. Encontramos que, para velocidades típicas de movimento de areia, a altura ideal das telas (que minimiza essa função de custo) é de aproximadamente 50 cm, enquanto a utilização de telas de altura 1.25m leva ao custo máximo. Encontramos que a área do solo protegida contra o arrastamento aerodinâmico direto tem dois regimes, dependendo do espaçamento Lx entre as telas. Quando Lx é menor que um valor crítico Lxc , as zonas de baixa velocidade associadas a cada tela estão interconectadas (regime A), enquanto essas zonas de baixa velocidade aparecem separadas umas das outras (regime B) quando Lx excede este valor crı́tico de espaçamento. O sistema passa por uma transição de fase de segunda ordem em Lx = Lxc , com a largura da zona protegida transversal à velocidade do vento escalando com [1 − Lx /Lxc ]^β no regime A, com β ≈ 0.32.
Abstract: Sand fences are widely applied to prevent soil erosion by wind in areas affected by desertification. Sand fences also provide a way to reduce the emission rate of dust particles, which is triggered mainly by the impacts of wind-blown sand grains onto the soil and affects the Earth’s climate. Many different types of fence have been designed and their effects on the sediment transport dynamics studied since many years. However, the search for the optimal array of fences has remained largely an empirical task. In order to achieve maximal soil protection using the minimal amount of fence material, a quantitative understanding of the flow profile over the relief encompassing the area to be protected including all employed fences is required. Here we use Computational Fluid Dynamics to calculate the average turbulent airflow through an array of fences as a function of the porosity, spacing and height of the fences. Specifically, we investigate the factors controlling the fraction of soil area over which the basal average wind shear velocity drops below the threshold for sand transport when the fences are applied. We introduce a cost function, given by the amount of material necessary to construct the fences. We find that, for typical sand-moving wind velocities, the optimal fence height (which minimizes this cost function) is around 50 cm, while using fences of height around 1.25 m leads to maximal cost. We find that the area of soil protected against direct aerodynamic entrainment has two regimes, depending on the spacing Lx between the fences. When Lx is smaller than a critical value Lxc , the wake zones associated with each fence are inter-connected (regime A), while these wake zones appear separated from each other (regime B) when Lx exceeds this critical value of spacing. The system undergoes a second order phase transition at Lx = Lxc , with the cross-wind width of the protected zone scaling with [1 − Lx /Lxc ]^β in regime A, with β ≈ 0.32.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/34507
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DFI - Teses defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2018_tese_ialima.pdf8,83 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.