Cálculo do escoamento turbulento e transferência de calor na região de entrada de tubos e entre placas paralelas com duas versões do modelo K-e para baixos números de Reynolds

• Autor(a) principal: Edson Luiz Zaparoli
• Data de Publicação: 1989
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1483
• topic: Escoamento turbulento; Transferência de calor; Escoamento de fluidos; Placas Paralelas; Baixo número de Reynolds; Termodinâmica; Física

Calcula-se o escoamento turbulento na entrada de tubos e entre placas paralelas com as versões de Launder-Sharma e Lam-Bremhorst do modelo ';k-épsilon';, válidas paraescoamentos próximos a superfícies sólidas e a baixos números de Reynolds. Resolvem-se numericamente as equações da continuidade, de quantidade de movimento axial, de energia, de k (energia cinética turbulenta) e de ';épsilon'; (taxa de dissipação da energia cinética turbulenta), admitindo as simplificaçãoes da camada limite. A cada passo axial de integração das equações, prvê-se o gradiente de pressão pelo método de Patankar-Spalding e a cada iteração, realizadas para resolver as equações não lineares, este gradiente é corrigido por um método proposto, que é baseado na equação exata do gradiente axial da pressão. Para realizar uma validação do programa decomputador desenvolvido, compararam-se os resultados, primeiro para o escoamento laminar na região de entrada, e depois para o escoamento turbulento desenvolvido. Em seguida obtiveram-se resultados para escoamento turbulentos, com altos valores do número de Reynolds, na região de entrada de tubos e entre placas paralelas; com uma distribuição de k na entrada dos dutos de acordo com os resultados experimentais para a saída da contração, que dirige o escoamento à boca de entrada dos dutos. A concordância entre os resultados teóricos e osexperimentais é muito boa até o ponto onde a velocidade na linha de centro atinge o pico de máximo (overshoot), que corresponde aproximadamente ao encontro das camadas limites. A interação as camadas limites acarreta uma produção negativa de turbulência (supressão), que não é simulada corretamente pelo modelo ';k-épsilon';. Após este ponto de máximo, a discordância entre os resultados é um pouco maior, apesar deainda se prever que a velocidade na linha de centro não tende monotonicamente laminar. Os resultados teóricos para o perfil de tensão turbulenta, ';uv BARRA';, tem um desenvolvimento muito semelhante ao de uma camada limite externa até o ponto de encontro das camadas limites e depois se ajustam a variação linear do escoamento desenvolvido; de acordo com a explicação de Bradshaw para o pico da velocidade média na linha de centro. Obtiveram-se, tambem, os resultados para escoamento a menores números de Reynolds, inclusive, segundo os resultados experimentais para o número de Nusselt, com transição laminar-turbulento. Os resultados teóricos para o número ne Nusselt, obtidos com a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma, reproduzem o comportamento dos resultados experimentais, com boa concordância e inclusive com previsão do mínimo no início da transição. Analisando o desenvolvimento da tensão ';uv BARRA'; ao longo do tubo, nota-se que o perfil imposto na boca de entrada, tende a diminuir na região onde o número de Nusselt decai, e cresce abruptamente após o mínimo do número de Nusselt. Como neste caso não havia resultados experimentais da tensão ';uv BARRA'; para comparação, não se pode afirmar, que esta versão do modelo ';k-épsilon'; prevê a transição corretamente neste escoamento. Pelas comparações realizadas, entre resultados teóricos e experimentais, verificou-se que, nos escoamentos analisados, a versão do modelo ';k-épsilon'; de Launder-Sharma apresentou uma performance melhor que a de Lam-Bremhorst.