Análise computacional de escoamentos em canal com expansão brusca / Computational analysis of fluid flow in a backward-facing step channel

Kéteri Poliane Moraes de Oliveira, Marcelo Facco, Silmara Bispo dos Santos

Abstract


A separação em escoamentos de fluidos é um fenômeno característico de escoamentos viscosos internos ou externos, onde ocorre o desprendimento da camada limite do fluido devido à presença de um gradiente adverso de pressão causado muitas vezes pelas variações bruscas na geometria do canal de escoamento. Alterações nas zonas de recirculação em regiões de expansão brusca podem influenciar aplicações industriais que envolvam mecanismos de transferência de massa ou calor como por exemplo em trocadores de calor. No presente trabalho teve-se como objetivo, a análise de escoamentos bidimensionais de fluido em canal com expansão brusca utilizando-se CFD (dinâmica dos fluidos computacional). Para a realização das simulações o software Ansys Fluent 15.0 foi utilizado. A geometria aplicada foi construída considerando a altura do canal de entrada de 5,2 mm, altura do canal expandido de 10,1 mm, altura do degrau de 4,9 mm, comprimento do canal de entrada de 200 e comprimento do canal expandido de 500. Os esquemas utilizados para a discretização do momento foram os esquemas Upwind de Segunda Ordem e QUICK. Para a acoplamento da pressão e velocidade foram utilizados SIMPLE, SIMPLEC e COUPLED. Escoamentos com ReD variando de 100 a 1200 foram avaliados. As simulações utilizando o esquema SIMPLE convergiram com  até 500 e utilizando o SIMPLEC convergiram com  até 400. As simulações com o esquema COUPLED convergiram para todos os valores de ReD avaliados. Os dados obtidos utilizando COUPLED e QUICK foram comparados com um modelo numérico e um experimental. Os resultados comparados com o modelo experimental apresentaram proximidade de  até . Os resultados apresentaram proximidade de  com o modelo UNIFAES para todo  analisado, demonstrando que o afastamento do experimental com o surgimento da zona B de recirculação é um fenômeno comum obtido com os modelos bidimensionais.

 


Keywords


CFD, separação de escoamento, expansão brusca.

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DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv6n7-256

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