SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO ESCOAMENTO AO REDOR DE UMA ESFERA EMPREGANDO O MODELO FÍSICO VIRTUAL

Rubens Campregher¹; Aristeu da Silveira Neto¹; Sérgio Said Mansur¹

¹ Universidade Federal de Uberlândia

Resumo

A simulação numérica de escoamentos internos e externos empregando Métodos de Fronteira Imersa (Immersed Boundary Methods) permite a inserção de corpos no escoamento mediante o emprego de um campo de forças adicionado ao termo fonte das equações discretizadas de Navier-Stokes. Além disso, as geometrias são formadas por uma malha lagrangiana que se sobrepõe, sem interferência, à malha euleriana em que o escoamento está sendo resolvido. Este procedimento permite, por exemplo, uma total independência de movimentos da geometria lagrangiana, favorecendo a simulação de fenômenos extremamente complexos como a interação fluido-estrutura. Entretanto, a obtenção do campo de forças lagrangiano não é trivial, existindo algumas abordagens diferentes na literatura. O Modelo Físico Virtual − uma metodologia para a avaliação do campo de forças lagrangiano − foi desenvolvido no Laboratório de Transferência de Calor e Massa e Mecânica dos Fluidos Computacional (LTCM) da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC) para domínios bidimensionais, mostrando-se extremamente competitivo com as metodologias tradicionais. Após a sua elaboração inicial, diversos testes foram feitos visando seu emprego em escoamentos a altos números de Reynolds, em cilindros rotativos ou móveis, em agrupamentos de cilindros, em geometrias não convencionais e em escoamentos internos, todos bastante satisfatórios. No presente trabalho, uma proposta de extensão do Modelo Físico Virtual para geometrias tridimensionais é apresentado, sendo escolhido para caso-teste o clássico escoamento ao redor de uma esfera. O código numérico foi escrito em Fortran 90 para um cluster Beowulf de dez processadores com ajuda da biblioteca de paralelização MPI. As equações de Navier-Stokes foram discretizadas implicitamente por Volumes Finitos com aproximação de segunda ordem para os termos espaciais e temporais. Os resultados são comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura.

Palavras-chave: Esfera; Simulação Numérica; Modelo Físico Virtual