PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
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PhD Thesis 2003

Desenvolvimento de um método numérico para cálculo de escoamentos incompressíveis: aplicação na análise da troca de calor em cavidades rasas.

Author

Paulo Sergio Berving Zdanski

Advisor

  • Advisor Nide Geraldo do Couto Ramos Fico Júnior

Concentration Area

Aerodinâmica, Propulsão e Energia

Defense Date

2003

Thesis Number

000496570

Abstract

O presente trabalho tem dois objetivos. O primeiro é desenvolver um método numérico para a simulação de escoamentos incompressíveis, e o segundo é aplicar o novo esquema à geometria da cavidade rasa. O método numérico desenvolvido é em diferenças finitas. As equações, escritas em forma de lei de conservação, são discretizadas utilizando diferenças centradas em uma malha co-localizada. Termos de dissipação artificial são introduzidos externamente para controlar o problema do desacoplamento par-ímpar e de eventuais instabilidades não lineares. Na aplicação do método à cavidade rasa bidimensional, o estudo é focado, principalmente, na análise da influência dos seguintes parâmetros: (i) alongamento da cavidade; (ii) número de Reynolds e (iii) nível de turbulência do escoamento não-perturbado. A meta principal é identificar prováveis tendências na troca de calor no piso da cavidade e descobrir qual a condição mais favorável no sentido de se ter o menor efeito convectivo do escoamento externo ao longo do piso da cavidade. Os resultados obtidos demonstram que a troca de calor no interior da cavidade é diretamente afetada pela variação dos parâmetros acima considerados e que existe um regime bem definido no qual a troca de calor por convecção forçada é minimizada. Tal regime se estabelece quando ocorre recirculação sobre todo o piso da cavidade. Esta condição pode ser obtida quando uma única região de recirculação se forma no interior da cavidade ou, também, na situação onde têm-se duas bolhas 'encapsuladas'.

Keywords

Análise numérica Escoamento incompressível Modelos matemáticos Turbulência Cavidades Transferência de calor por convecção Termodinâmica Mecânica dos fluidos Física