Publicação: Soluções contı́nuas e discretas de escoamentos cisalhantes livres em regimes laminar e turbulento.
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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Resumo
Nessa dissertação o autor se propõe a apresentar o desenvolvimento detalhado para solu-
ções contı́nuas dos modelos fı́sicos simplificados de escoamentos cisalhantes livres em regimes
laminar e turbulento e compará-las com soluções ou dados discretos. O método utilizado na
obtenção das soluções é o método de auto-similaridade, o que faz com que os resultados só
sejam válidos em regiões do escoamento onde os perfis das propriedades em questão sejam
auto-similares. Para as soluções de escoamentos em regime turbulento foram utilizadas duas
formas do modelo do comprimento de mistura de Prandtl, a forma original e uma forma sim-
plificada, chamada modelo de Prandtl-Reichardt. Após a obtenção das soluções contı́nuas
para diversas propriedades dos escoamentos cisalhantes livres trabalhados, tais como veloci-
dades médias e espalhamento, os perfis contı́nuos foram comparados com dados discretos de
experimentos materiais apresentados na literatura ou de experimentos computacionais realiza-
dos como parte do presente trabalho. Para a realização dos experimentos computacionais foi
utilizado o código MFSim, desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab) da
Universidade Federal de Uberlândia (UFU). Foram implementados no código dois modelos de
fechamento da turbulência a duas equações, da classe k − epsilon. No presente trabalho, são apre-
sentadas soluções contı́nuas e comparações entre os perfis contı́nuos e discretos para camadas
de mistura temporais, jatos planos e esteiras formadas a jusante de corpos imersos, avaliadas
em regiões distantes do corpo, todos esses em regimes laminar e turbulento e para camadas
de mistura em desenvolvimento espacial apenas no regime turbulento.
Abstract
This master dissertation presents the detailed development for continuous solutions of
the simplified physical models of free shear flows in laminar and turbulent regimes, and their
comparison with discrete solutions or discrete data. The method used to obtain the solutions
is the self-similarity method, which makes the results valid only in regions of the flow where the
profiles of the properties in question are self-similar. For turbulent flow solutions, two forms
of the Prandtl mixing-length model, the original form and a simplified form called Prandtl-
Reichardt model, were used. After obtaining the continuous solutions for various properties
of the free shear flows, such as mean velocities and spreading rate , the continuous profiles
were compared with discrete data obtained from material experiments or from computational
experiments. The material experiments were available in the literature, and the computational
experiments were performed as part of the present work. For the accomplishment of the
computational experiments, it was used the code MFSim, developed in the Laboratory of
Fluid Mechanics (MFLab) of the Federal University of Uberlandia (UFU). Two turbulence
closure models, with two transport equations of the k − epsilon class, were implemented in the code.
The present work presents continuous solutions and comparisons between the continuous and
discrete profiles for temporal mixing layers, plane jets and wakes generated by immersed bodies,
evaluated in distant regions of the body, all in laminar and turbulent regimes and for spatial
mixing layers only in the turbulent regime.
Palavras-chave
Escoamentos cisalhantes livres, Free shear flow;, Soluções contı́nuas, Escoamentos laminares e turbulentos, Auto similaridade, Modelo do comprimento de mistura de Prandtl, Continuous solutions, Laminar and turbulent flow, Prandtl mixing-length model, Self-similarity
Citação
MAGALHÃES, Gabriel Marcos. Soluções contı́nuas e discretas de escoamentos cisalhantes livres
em regimes laminar e turbulento. 2018. 169 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade
Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1181