SIMULAÇÃO NUMÉRICA 3D DO ESCOAMENTO SOBRE UM DEGRAU DESCENDENTE

Cleber Spode¹; Rubens Campregher¹; Aristeu da Silveira Neto¹

¹ Universidade Federal de Uberlândia

Resumo

O escoamento turbulento tridimensional adiabático sobre um degrau descendente é estudado através da metodologia de volumes finitos utilizando técnicas de paralelização para a solução das equações de Navier-Stokes incompressíveis. O clássico caso do degrau é um excelente teste para a validação de novos códigos de dinâmica dos fluidos por apresentar, apesar da geometria simples, uma complexa formação de estruturas tridimensionais, influenciando enormemente o fenômeno da transição à turbulência e propriedades como freqüências características de emissão de vórtices e comprimento de recolamento. Baseado na altura do degrau (h) e velocidade da corrente livre (U0) foi simulado o escoamento a Reynolds 5100 para uma razão de expansão de 1.20. Segundo a literatura, escoamentos sobre um degrau com estas características geométricas apresentam um número de Reynolds crítico em torno de 748. Buscando modelar tal comportamento foi utilizada a metodologia de grandes escalas - Modelo Clássico de Smagorinsky - como modelagem da turbulência. O objetivo é validar o código computacional através deste caso teste. Resultados relativos à topologia do escoamento são apresentados, identificando-se instabilidades do tipo Kelvin-Helmotz durante o período de transição do escoamento devido a inflexionalidade imposta pela corrente livre. A discretização utilizada é de segunda ordem no espaço e no tempo, com diferenças centradas para o termo difusivo e advectivo e o esquema threetime level para o termo transiente. Resultados para o comprimento de recolamento, perfis de velocidade e tensor de Reynolds apresentam boa concordância com resultados experimentais.

Palavras-chave: Dinâmica dos Fluidos Computacional; Turbulência; Paralelização