O trabalho apresentado nesta dissertação consiste na construção de um conjunto de módulos computacionais voltados para o estudo de escoamentos ambientais através de simulações numéricas utilizando os modelos 2DH e 2DB, que são modelos 2D integrados em uma terceira dimensão. Os modelos desenvolvidos são aplicáveis a problemas envolvendo escoamentos viscosos incompressíveis, com transporte de temperatura ou de massa, e estão acoplados a módulos para leitura e tratamento de dados topográficos, hidrográficos e de batimetria, tendo em vista que o estudo de escoamentos ambientais está fortemente associado a variáveis geográficas. O Método de Elementos Finitos é empregado para solução numérica do sistema de EDP's. Parte deste trabalho foi dedicada ao desenvolvimento de algoritmos de geração de malha, especialmente à geração da malhas bi-dimensionais. O trabalho apresenta ainda a aplicação dos modelos desenvolvidos na simulação termo-hidráulica de dois problemas de escoamentos ambientais. Um consiste na análise da eficiência de troca térmica de estrutura para remoção do calor da água de resfriamento de uma usina termelétrica. O modelo 2DH foi empregado, utilizando geometrias diversas para o canal de resfriamento, verificando a influência da inserção de chicanas e do escoamento ao longo do rio, próximo do qual está localizada a usina. A outra aplicação consiste na simulação do escoamento vertical em um reservatório hipotético, porém baseado em dados de terreno reais. O objetivo das simulações, neste caso, era observar os efeitos da gravidade no escoamento e no transporte de temperatura, detectando, se fosse o caso, a formação de escoamento estratificado.
This work consists on the construction of a set of computational modules for the study of environmental flows, by numerical simulations employing the 2DH and 2DB models, which are 2D models with integration along a third dimension. The models are applicable to problems involving viscous incompressible flows, with temperature or mass transport, and are coupled to modules for reading and manipulating topological and hydrographic data, since the study of environmental flows is strongly related to geographic variables. The Finite Element Method is employed to solve the PDE's system. Part of this work was dedicated to develop two-dimensional mesh generation algorithms. The work also presents the application of the developed models in the thermo-hydraulic simulation of two environmental flow problems. One consists in the analysis of heat exchange efficiency of a structure for heat removal of the cooling water of a thermoelectric power plant. The 2DH model was employed to simulate the flow and heat transport, using different geometries for the cooling channel. The other application is the simulation of a vertical flow problem in a hypothetical reservoir, based on real terrain data. The objective of the simulation, in this case, is the prediction of the impacts of gravity forces on the hydrodynamics and heat transport, identifying the possible formation of stratified flows.
