Publicação: Modelagem computacional de escoamentos reativos compressíveis
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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Resumo
A necessidade de simular com precisão uma ampla gama de fenômenos físicos em enge-
nharia impulsiona o desenvolvimento de códigos de Dinâmica dos Fluidos Computacional
(CFD) capazes de lidar com diferentes regimes de compressibilidade. Em aplicações como
turbomáquinas e queimadores industriais, regiões de baixa velocidade coexistem com áreas
de escoamento transônico exige algoritmos capazes de lidar com todos os regimes de com-
pressibilidade. Além disso, é comum ocorres outros fenômenos físicos como o transporte de
espécies químicas, combustão e turbulência. Este trabalho apresenta o desenvolvimento,
verificação e validação de um algoritmo PISO compressível acoplado a um método de fron-
teira imersa e refinamento de malha adaptativo, utilizando o método dos volumes finitos
para resolver as equações de Navier-Stokes, balanço de energia, continuidade e balanço
de espécies químicas. O acoplamento PISO foi modificado para considerar os efeitos da
compressibilidade e implementado no MFSim, que já possui modelos de turbulência LES
e URANS, além de modelos de combustão turbulenta como o EDC. A validação do código
foi realizada através da simulação de diversos casos distintos, incluindo tubo de choque,
convecção natural, escoamento em canal com corpo rombudo e escoamento supersônico
em degrau. Os resultados demonstram a capacidade do código em lidar com diferentes
regimes de compressibilidade, turbulência e combustão, demostrando a possibilidade de
ser utilizado em problemas de engenharia complexos.
Abstract
The need to accurately simulate a wide range of physical phenomena in engineering dri-
ves the development of Computational Fluid Dynamics (CFD) codes capable of handling
different compressibility regimes. In applications such as turbomachinery and industrial
burners, low-velocity regions coexist with transonic flow areas, requiring algorithms capa-
ble of handling all compressibility regimes. In addition, other physical phenomena such
as chemical species transport, combustion, and turbulence are commonly encountered.
This work presents the development, verification, and validation of a compressible PISO
algorithm coupled with an immersed boundary method and adaptive mesh refinement,
using the finite-volume method to solve the Navier-Stokes equations, energy balance, con-
tinuity, and chemical species balance. The PISO coupling was modified to consider com-
pressibility effects and implemented in MFSim, which already includes LES and URANS
turbulence models, as well as turbulent combustion models such as EDC. The code va-
lidation was performed through the simulation of several distinct cases, including shock
tube, natural convection, flow in a channel with a bluff body, and supersonic flow over a
step. The results demonstrate the ability of the code to handle different compressibility
regimes, turbulence, and combustion, showing its potential for use in complex engineering
problems.
Palavras-chave
Mecanica dos fluidos computacional, Computational fluid dynamics, Escoamentos compressíveis, Compressible flow, Escoamentos Reativos, Reactive flow
Citação
CHIUMENTO, Vinícius Hagemeyer. Modelagem computacional de escoamentos reativos compressíveis. 2024. 101 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5008.