Large-eddy simulation of an annular-sector duct rotating in parallel mode

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Daroz, Vinicius
• Orientador(a): Franco, Admilson Teixeira
• Banca de defesa: Franco, Admilson Teixeira, Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro, Deschamps, Cesar José, Marchi, Carlos Henrique
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Cisalhamento; Turbulência; Escoamento; Engenharia térmica; Simulação em grande escala; Engenharia mecânica; Shear (Mechanics); Turbulence; Runoff; Heat engineering; Large scale simulation; Mechanical engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3356

No presente trabalho, o escoamento em regime turbulento através de um duto com seção transversal com formato de um setor anular, com rotação imposta ao redor de um eixo paralelo, é numericamente resolvido por meio da simulação das grandes escalas (Large-Eddy Simulation). O estudo é motivado pela falta de conhecimento do efeito competitivo entre fenômenos induzidos pela rotação e/ou cisalhamento sobre o campo médio de escoamento e quantidades turbulentas, para um problema que é vastamente empregado em máquinas de fluxo e sistemas de arrefecimento interno. Como uma primeira abordagem, a solução do problema é obtida através de um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional (DFC). O procedimento numérico e metodologia de solução foram verificados com base em solução de referência encontradas na literatura, conferindo confiabilidade aos resultados obtidos. O problema do setor anular foi investigado por meio de parâmetros hidrodinâmicos e geométricos. Primeiramente, o parâmetro de swirl, que representa a razão entre os números de Reynolds rotacional a axial, causou alterações substanciais no campo médio e quantidades turbulentas. Curiosamente, aumentando-se a rotação leva a uma estabilização do escoamento na região central do duto. Por outro lado, o aumento da rotação aumenta o fator de atrito global. Em seguida, o efeito do ângulo do setor anular foi considerado. Sua modificação altera completamente o padrão dos escoamentos primário e secundário. Por último, a razão de raios do duto apresenta influência semelhante àquela do ângulo do setor anular. É intrigante, no entanto, que o fator de atrito apresentou um ponto mínimo, sugerindo que uma configuração ótima, hidrodinamicamente falando, pode ser encontrada.