Publicação: Análise numérica do fenômeno Vortex Breakdown em escoamentos rotativos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
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Coorientador
Souza, Francisco José de
Resumo
Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas de escoamentos rotativos similares aos gerados por ciclones separadores e câmaras de combustão, com a intenção de verificar e caracterizar a formação do fenômeno vortex breakdown. As geometrias utilizadas nas simulações foram cilíndricas e cônico-cilíndricas, ambas fechadas. O escoamento rotativo é induzido pela parede inferior, que possui velocidade angular constante, e as demais paredes são estáticas com condição de contorno de não deslizamento. Primeiramente, os resultados numéricos foram comparados com resultados experimentais da literatura, objetivando verificar a capacidade do código computacional em predizer o fenômeno vortex breakdown. Posteriormente, foram realizadas várias simulações variando os parâmetros que governam as características dos escoamentos analisados neste trabalho, ou seja, o número de Reynolds e a razão altura sobre o raio da geometria. Nestas simulações foram verificados os limites de transição do escoamento e os limites de formação do vortex breakdown. Foram simulados casos em regime permanente, transiente, sem modelagem de turbulência, e com modelagem sub-malha, especificamente o modelo dinâmico. Em geral, foi observado que alguns aspectos do processo do vortex breakdown nas geometrias cônico-cilíndricas são diferentes quando comparados com o processo nas geometrias cilíndricas.
Abstract
Numerical simulations in rotating flows similar to that in cyclones and combustion chambers were performed in this work, in order to verify and characterize the formation of vortex breakdown phenomenon. Cylindrical and conical-cylindrical geometries, both closed, were used in simulations. The rotating flow is induced by the bottom wall, which rotates at constant angular velocity, and the other walls are nonmoving with no-slip boundary conditions. First, the numerical results were compared to experimental results available in references, aiming to verify the capacity of the computational code to predict the vortex breakdown phenomenon. Afterwards several simulations varying the parameters which govern the characteristics of the flows analyzed in this work, i.e. the Reynolds number and the aspect ratio, were performed. In these simulations, the transitional limit and the limit of vortex breakdown formation were verified. Steady and transient cases, with and without turbulence modeling, specifically dynamic model, were simulated. In general, some aspects of the process of vortex breakdown in conical-cylindrical geometries was observed to be different from that in cylinders.
Palavras-chave
Dinâmica dos fluidos computacional, Vortex Breakdown, Escoamentos rotativos, Modelo de turbulência dinâmico, Computação paralela, Computational fluid dynamic, Rotating flow, Dynamic turbulence model, Unstructured mesh, Parallel computing, Dinâmica dos fluidos, Escoamento turbulento
Citação
MARTINS, Diego Alves de Moro. Numerical analysis of Vortex Breakdown phenomenon in rotating flows. 2012. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.