Publicação: Estudo numérico de jato líquido em escoamento cruzado usando uma abordagem híbrida
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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Resumo
Esta tese tem por obejtivo apresentar uma metodologia adequada para solção numérica da formação de aerossol na configuração de jato líquido em escoamento cruzado de gás, por meio de uma abordagem híbrida. A abordagem híbrida pode ser descrita como uma mistura das abordagens Euler-Euler e Euler-Lagrange na solução de um problema específico. Tendo em vista o objetivo da tese, realizou-se a implementção do método VOF (abordagem Euler-Euler) no código de malha não estruturada UNSCYFL3D, no qual a estrutura numérica para a abordagem Euler-Lagrange já estava implementada. Verificações e validações numéricas para o método VOF foram realizados, gerando resultados satisfatórios, em concordância com dados da literatura. Dois coeficientes para correlação de quebra primária, dois modelos de quebra secundária e acoplamento de duas vias com colisão entre partículas foram avaliados sistematicamente, de modo a estabelcer para os casos simulados a metodolgia mais adequada para a solução numérica de aerossol na configurção de jato líquido em escoamento cruzado. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os dados experimentais no que tange à topologia do jato líquido, formção do aerossol, estimativas do diâmetro médio, distribuição de frção mássica e velocidade de gotas. Em termos das características de mais difícil reprodução com simulações numéricas, o coeficiente de quebra primária Cb = 3.44 e o modelo de quebra secundária AB-TAB apresetaram melhor concordância com os experimentos. As simulações usando acoplamento de duas vias com colisão entre partículas não apresentaram diferenças em relação às simulações com acoplamento de uma via.
Abstract
The main goal of this dissertation is to present a proper methodology for numerical solution
of spray formation in liquid jet in crossflow configuration, by means of a hybrid approach.
Hybrid approach is a mixture of Euler-Euler and Euler-Lagrange approaches to solve a specific
problem. From the stand point of the objectives of the dissertation, the VOF method was
implemented in the unstructured grid code UNSCYFL3D, in which Euler-Lagrange structure
had been already implemented. Numerical verification and validation for VOF method showed
results according to the data from literature. Two primary breakup coefficients, two secondary
breakup models and the effects of two-way coupling with droplet-to-droplet collisions were
systematically evaluated, in order to establish the most suitable methodology to solve liquid
jet in crossflow in the regimes of the studied cases. Numerical results presented good agreement
with the experimental ones, related to liquid jet topology, spray formation, mean diameter of
droplets, mass fraction distribution and droplet velocity. Considering the most difficult feature
to be obtained experimentally, the primary coefficient Cb = 3.44 and the AB-TAB secondary
breakup model showed the best agreement with the experimental results. Numerical results
using two-way coupling with droplet-to-droplet collision presented negligible differences related
to simulations using one-way coupling.
Palavras-chave
Liquid jet in crossflow, Spray, Primary breakup, Secondary breakup, Jato líquido em escoamento cruzado, Aerossol, Quebra primária, Quebra secundária, Vof, Engenharia mecânica, Aerossóis, Equações, Métodos de simulação, Funções de lagrange
Citação
FONTES, Douglas Hector. Numerical study of liquid jet in crossflow using a hybrid approach. 2018. 122 f. Tese (Doutorado em Eng. Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.914.