Simulação numérica de escoamentos com condições de contorno dependentes do tempo na entrada do domínio de cálculo

Abstract

O código computacional Fluids foi desenvolvido por Campregher (2002), no âmbito de seu trabalho de mestrado, para simular numericamente escoamentos isotérmicos e incompressíveis, sobre geometrias cartesianas bidimensionais, notadamente cilindros de seção transversal quadrada e retangular, em regime laminar, transicional ou turbulento. Dando seqüência ao aprimoramento do programa, a aluna Luciene Muniz Frigo realizou a implementação deste código computacional, tornando-o capaz de realizar a simulação de escoamentos tridimensionais. No entanto, tal como se encontra, o programa oferece opções de ajuste das condições de contorno bastante restritivas, resolvendo apenas escoamentos com velocidade uniforme imposta na entrada do domínio de cálculo. A presente pesquisa refere-se à implementação e validação de modificações introduzidas no programa, tornando-o capaz de simular outras condições de interesse para o estudo do escoamento em torno de corpos submersos. Os resultados aqui apresentados fornecem uma contribuição à compreensão dos mecanismos de geração e advecção de vórtices na esteira de corpos submetidos à escoamentos de natureza cíclica e aleatória. Para a validação programa, diferentes casos-teste foram simulados, quais sejam: o escoamento ao redor de cilindros quadrados e retangulares simulando condições de bombeamento, e o escoamento dotado de turbulência de corrente livre, em canais com e sem a presença de obstáculos. Os resultados obtidos foram exaustivamente comparados com dados numéricos e experimentais da literatura, mostrando boa concordância.

The Fluids computational code has been fully developed by Campregher (2002), in the scope of his M.Sc. dissertation, in order to numerically calculate isothermal and incompressible flows around two- dimensional Cartesian bluff bodies, in laminar, transitional, or turbulent flow regime. In the sequence, additional improvements have been added to the software by Luciene Muniz Frigo, which becomes able to solve three- dimensional fluid problems. In the present work, modifications and validation tests has been carried out in order to add more boundary condition options to the CFD software, which reach the ability to solve more realistic problems. Different problems on fluid dynamics have been simulated to ensure the validity of the code modifications - namely - pulsating flow problems and flows with free-stream turbulence. The results have been compared to experimental and numerical data from the literature and a good agreement has been reached.