Simulação Numérica da Interação de um Jato com um Escoamento Cruzado para Diferentes Configurações de Bocal

• Autor(a) principal: Martins, Gonçalo António Veríssimo
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/153190
• topic: CFD; ANSYS Fluent; bocal circular; bocal quadrado; escoamento cruzado; modelo de turbulência k-ε Realizable; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica

Nesta dissertação irá ser apresentado um estudo computacional de um jato de bocal circular e quadrado através de um escoamento cruzado para três razões de velocidade. Este estudo é o primeiro estudo que se foca na configuração do bocal recorrendo ao modelo RANS, pretendendo-se avaliar o impacto que a forma do bocal tem num jato através de um escoamento cruzado, nomeadamente na mistura entre os dois fluidos e na penetração do jato no escoamento cruzado. Assim, pode-se entender alguns dos processos existentes num jato através de um escoamento cruzado que estão presentes em situações reais, tais como no arrefecimento de pás de turbinas, na injeção de combustível em queimadores, na descarga de efluentes em rios, etc. O estudo numérico foi realizado recorrendo ao software ANSYS Fluent. Este baseia-se na utili- zação da técnica de volumes finitos para a solução das equações de conservação de um fluido, utili- zando um acoplamento entre a pressão e a velocidade. Para este estudo foi utilizado o modelo de turbulência k-ε Realizable e o algoritmo SIMPLE. A abordagem inicial para este estudo consistiu na criação de um domínio computacional seme- lhante ao presente em Salewski et al. (2008) com o objetivo de validar a malha gerada para o problema. Para as simulações serem realizadas com um menor esforço computacional, modelou-se apenas me- tade do domínio, em que este foi cortado ao meio pelo plano de simetria. Em seguida, realizou-se a independência das malhas, e simulou-se para cada razão de velocidade o caso de estudo em cada bocal. No total foram simulados seis casos, com três razões de velocidade para cada bocal, e analisa- ram-se os campos de velocidade, de pressão, de escoamento através das linhas de corrente, e a trajetória. Com os resultados obtidos, concluiu-se que a penetração do jato no escoamento cruzado au- menta com o aumento da razão de velocidades, e que para uma mesma razão de velocidades é maior para o bocal circular. É verificado também que a distância entre os vórtices do CVP (Counter-Rotating Vortex Pair) é menor no bocal circular do que no bocal quadrado. Para cada configuração de bocal verifica-se que a distância entre os vórtices do CVP aumenta à medida que a razão de velocidades cresce. No que toca ao enrolamento dos vórtices do CVP, denota-se um maior enrolamento para os vórtices criados a partir do bocal circular.