@PhDThesis{Pires:2009:EsCaLi,
author = "Pires, Luciana Bassi Marinho",
title = "Estudo da camada limite interna desenvolvida em fal{\'e}sias com
aplica{\c{c}}{\~a}o para o Centro de Lan{\c{c}}amento de
Alc{\^a}ntara",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2009",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2009-07-20",
keywords = "camada limite interna, centro de lan{\c{c}}amento de
Alc{\^a}ntara (CLA), t{\'u}nel de vento, fronteira imersas,
fal{\'e}sias, internal bondary layer, Alc{\^a}ntara launching
center (CLA), wind tunnel, immersed boundary, coastal cliffs.",
abstract = "Estudou-se o desenvolvimento da Camada-Limite Interna (CLI) gerada
no interior da Camada-Limite Atmosf{\'e}rica (PBL), formada por
vento neutro incidente a 90° em fal{\'e}sia, e causada pelo
desn{\'{\i}}vel da superf{\'{\i}}cie e a altera{\c{c}}{\~a}o
abrupta da rugosidade. Utilizaram-se dados observacionais,
simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica e ensaios em t{\'u}nel de
vento. Numericamente, realizaram-se simula{\c{c}}{\~o}es DNS
bidimensionais (2D) com a metodologia de fronteiras imersas para
fal{\'e}sias de diversas alturas e formas geom{\'e}tricas. O
c{\'o}digo foi validado com perfis de vento observados em torre
anemom{\'e}trica (TA) de 70 m e velocidades pontuais medidas em
mastros at{\'e} 15 m. Validado o c{\'o}digo, efetuaram-se
simula{\c{c}}{\~o}es para diversas alturas de fal{\'e}sias e
velocidade do vento. Realizou-se um estudo de caso para
fal{\'e}sia de 40 m, representando o Centro de Lan{\c{c}}amento
de Alc{\^a}ntara (2°19 S; 44°22' O). Os valores do n{\'u}mero de
Reynolds (Re) variaram entre 10^2 e 10^7, sendo que as
situa{\c{c}}{\~o}es da atmosfera s{\~a}o os maiores que 106.
Realizaram-se, tamb{\'e}m, ensaios em um t{\'u}nel de vento (TV)
adaptado para emular a PBL sobre fal{\'e}sias e limitados a Re
igual a 7,5 x 10^4. Estas emula{\c{c}}{\~o}es experimentais
foram numericamente bem simuladas, no que concerne {\`a} altura
da CLI e {\`a} ocorr{\^e}ncia de bolhas de
recircula{\c{c}}{\~a}o junto {\`a} borda da fal{\'e}sia,
visualizadas pela t{\'e}cnica Velocimetria por Imagem de
Part{\'{\i}}culas (PIV). Os ensaios, incluindo modelo da Torre
M{\'o}vel de Integra{\c{c}}{\~a}o (TMI) a 150 m da borda
citada, mostraram mais uma bolha de recircula{\c{c}}{\~a}o no
topo da TMI, al{\'e}m de uma menos intensa a barlavento, afetando
o escoamento a partir de 125 m da borda. Em adi{\c{c}}{\~a}o,
realizaram-se no TV ensaios com incid{\^e}ncia do vento com os
{\^a}ngulos de 55° e 45°, com os quais se p{\^o}de verificar a
tridimensionalidade do escoamento, com resultados semelhantes, mas
menos severos que os causados pela incid{\^e}ncia do vento a
90^o. Logo, as simula{\c{c}}{\~o}es 2D realizadas com o
c{\'o}digo num{\'e}rico, na realidade constituem a
situa{\c{c}}{\~a}o mais extrema no que concerne {\`a}
incid{\^e}ncia do vento em fal{\'e}sias. Os resultados obtidos
neste estudo s{\~a}o, portanto, de grande utilidade para
determinar cen{\'a}rios extremos causados pelos ventos a
sotavento de fal{\'e}sias. Outrossim, este {\'e} o primeiro
estudo num{\'e}rico de CLI mec{\^a}nica gerada por
desn{\'{\i}}vel topogr{\'a}fico, combinando ensaios em TV e
observa{\c{c}}{\~o}es micrometeorol{\'o}gicas, o qual
tamb{\'e}m apresenta express{\~o}es emp{\'{\i}}ricas dos
resultados. ABSTRACT: The development of the Internal
Boundary-Layer (IBL) generated inside the Atmospheric
Boundary-Layer (ABL), due to a neutral wind incident at 90° on a
coastal cliff, and caused by step changes of both the surface
level and roughness. Observational data, numerical simulations and
wind tunnel experiments were used. Numerically, two-dimensional
DNS simulations with the immersed boundaries method for
ocean-cliffs of diverse heights and geometric forms were effected.
The code was validated with wind profiles observed on a 70 m
anemometric tower (AT) and punctual velocities measures on masts
up to 15 m. With the code validated, simulations for various cliff
heights and wind velocities, plus a case study for the 40 m
ocean-cliff of the Alcantara Launching Center (2°19 S; 44°22' W)
were carried out. The Reynolds number (Re) varied from 10^2 to
10^7, and for the atmospheric cases it is greater than 106. Also,
experiments in a wind tunnel (WT) adapted to emulate the ABL over
coastalcliffs were made, limited to Re equal to 7.5 x 10^4. These
emulations were numerically well simulated, concerning the height
of the IBL, and the occurrence of a re-circulation bubble (RB)
near the edge of the cliff, as visualized with the Particle
Imaging Velocimetry (PIV) technique. The experiments including a
model of the Mobile Integration Tower (TMI) at 150 m from the edge
mentioned, showed another RB at the top of the TMI, plus a less
intense one upwind, which affected the flow starting at 125 m from
the edge. In addition, experiments were carried out in the WT with
wind incidences of 55° e 45°, which showed the 3D nature of the
flow, with results similar, but less severe, than the ones due to
the 90^o incidence. Thus, this demonstrates that the 2D
simulations with the numeric code actually constitute the most
extreme case concerning the wind incidence on ocean-cliffs. So,
the results of this study are of great value to determine extreme
scenarios caused by winds downwind of ocean-cliffs. Finally, this
is the first numerical study of the mechanical IBL generated by a
topographic step change, which combines WT experiments and
micrometeorological observations, and also presents empirical
expressions for the results.",
committee = "Alval{\'a}, Regina C{\'e}lia dos Santos (presidente) and Gielow,
Ralf (orientador) and Fisch, Gilberto Fernando (orientador) and
Oyama, Marcos Daisuke and Moreira, Davidson Martins and Souza,
Acir M{\'e}rcio Loredo and Mendon{\c{c}}a, Marcio Teixeira de",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of the developed internal boundary layer downwind of coastal
cliffs with application to the Brazilian launching center of
Alc{\^a}ntara",
language = "pt",
pages = "165",
ibi = "8JMKD3MGP8W/35H3442",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP8W/35H3442",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "30 jun. 2024"
}