Estudo da transição laminar-turbulenta utilizando CFD

• Autor(a) principal: Schuster, Jean Jonathan
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIPAMPA
• Texto Completo: http://dspace.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/927
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; Mechanical Engineering; Fluid mechanics; Atmospheric boundary layer; Engenharia mecânica; Mecânica dos fluídos; Camada limite atmosférica

Em mecânica de fluidos camada limite é a região de um escoamento que sente a influência direta da presença de uma superfície limítrofe. Este conceito também pode ser aplicado a escoamentos atmosféricos. O escoamento na camada limite atmosférica (CLA) é predominantemente turbulento, todavia, logo após o ocaso, a incidência de radiação proveniente do Sol cessa e a superfície passa a se resfriar através da emissão de radiação de onda longa. Consequentemente, a camada de ar adjacente a superfície também é resfriada, dando origem a uma camada limite estratificada (CLE) termicamente. Na CLE a produção de turbulência é predominantemente mecânica, sendo que em noites com forte estratificação, geralmente noites de céu claro, vento fraco e com grande perda radiativa, a atividade turbulenta é reduzida em várias ordens de grandeza, porém podendo ressurgir abruptamente de forma imprevisível no tempo e no espaço. A modelagem numérica do escoamento nestas condições é uma tarefa muito difícil, a maioria dos modelos presentes na literatura não consegue representar o comportamento imprevisível do escoamento. Trabalhos recentes sugerem que este problema pode estar relacionado com a forma que as difusividades de momentum e calor são prescritas na CLE e estão relacionadas entre si. Geralmente, o coeficiente de difusão de momentum é estimado através de uma equação prognóstica e o coeficiente de difusão de calor é calculado a partir da mesma, levando em conta o número de Prandtl turbulento (Prt) do escoamento. Diversas análises mostram que o Prt é praticamente constante e próximo de uma unidade, em condições de fraca estabilidade atmosférica, o que é utilizado pela maioria dos modelos atmosféricos descritos na literatura. Entretanto, trabalhos recentes sugerem dois regimes distintos na dependência de Prt com a estabilidade atmosférica, indicando forte dependência entre os mesmos. Desta forma, este trabalho visa o desenvolvimento de um experimento numérico para o estudo da transição laminar-turbulenta, utilizando um software livre de fluidodinâmica computacional onde a estratificação superficial será desconsiderada, pois neste estágio apenas interessa as dimensões do domínio utilizado, a velocidade mínima para que ocorra a transição entre os escoamentos e como essa transição afeta a difusão de momentum e energia na forma de calor no escoamento.