Estudo da física do escoamento secundário e modelação computacional do escoamento turbulento 3D em coroas de pás de turbinas

• Autor(a) principal: Xisto, Carlos Manuel Cipriano
• Data de Publicação: 2009
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/3790
• topic: Turbomáquinas; Escoamento turbulento; Modelação de turbulência 3D; Escoamento secundário; Turbinas a gás - Aplicação aeronáutica; Coroas de pás de turbinas

Uma breve pesquisa bibliográfica, restringida a um panorama nacional, sobre modelação de turbulência 3D em pás de turbinas, leva-nos a verificar que esta tem sido uma área de menor atenção dos investigadores portugueses. No mesmo panorama, verificou-se a inexistência de simulações computacionais em andares de turbomáquinas. O facto deste tipo de simulações ser, a um nível internacional, prática corrente na optimização de turbinas é um dos factores de motivação para a realização desta dissertação. É um facto que as simulações computacionais de pás isoladas não reflectem a realidade física completa de uma turbomáquina. Isto porque, no caso de uma turbina, o movimento relativo do rotor em relação ao estator influencia significativamente o campo de escoamento. Como tal, para compreender e avaliar as perdas que ocorrem numa turbina é necessário realizar simulações em um ou mais andares de turbina. O trabalho aqui apresentado divide-se em três partes distintas, mas complementares. Numa primeira parte é feita uma revisão ao estado da arte sobre a física de escoamentos secundários e sobre modelação de turbulência. Aqui pretende-se avaliar a importância dos escoamentos secundários na optimização de turbinas axiais e, demonstrar como é feita a modelação de turbulência, quer a um nível geral, quer ao nível de turbomáquinas. Numa segunda parte pretende-se, através da modelação do escoamento turbulento na cascata de pás linear T106, verificar o modelo físico-matemático a utilizar na modelação do andar transónico de turbina de Graz. Pretende-se também avaliar as limitações das funções de parede na modelação de escoamentos com fortes efeitos de separação e transição. Para tal comparam-se os resultados obtidos com o modelo de Spalart-Allmaras, com uma verificação do y+ nas paredes inferior a 1, com os resultados obtidos através dos modelos k − ǫ, k − ω SST e de Spalart-Allmaras usando funções de parede. Esta modelação permitiu avaliar a capacidade das funções de parede na previsão de escoamentos secundários. A terceira parte apresenta a modelação computacional de um andar de uma turbina de baixa pressão, previamente ensaiado experimentalmente no Institute for Thermal Turbomachinery and Machine Dynamics, University of Technology, Graz, Austria. Aqui comparam-se resultados numéricos com experimentais, avaliando assim os limites de precisão dos resultados obtidos com o recurso a funções de parede.