Escoamento turbulento em contraÃÃo sÃbita com inserto poroso.

AUTOR(ES)

Orselli, Reinaldo Marcondes

DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

A presente proposta tem como objetivo investigar numericamente a influÃncia de uma inserÃÃo porosa em um tubo com contraÃÃo sÃbita, no qual duas contraÃÃes abruptas diferentes foram empregadas com razÃo entre as seÃÃes de 0,285 e 0,10. Casos com escoamento em regime laminar e turbulento sÃo estudados. Na simulaÃÃo numÃrica, sÃo empregadas as equaÃÃes macroscÃpicas de conservaÃÃo de massa, quantidade de movimento e de grandezas turbulentas baseadas no conceito da dupla decomposiÃÃo, as quais sÃo vÃlidas em todo o domÃnio computacional. Para o fechamento das equaÃÃes, modelos de turbulÃncia macroscÃpico k-e lineares de Alto e Baixo Reynolds e nÃo linear de Alto Reynolds sÃo empregados. Primeiramente, os resultados da simulaÃÃo, sem a inserÃÃo porosa, sÃo comparados com dados obtidos de experimentos existentes na literatura, onde o principal parÃmetro de comparaÃÃo à o coeficiente de perda de carga localizada (kc) devido Ãs sÃbitas mudanÃas de seÃÃo. Em seguida, o escoamento no duto à simulado numericamente com uma inserÃÃo porosa. ParÃmetros como porosidade, permeabilidade e espessura sÃo variados, onde, para cada caso, as perdas de carga no duto e o comportamento do escoamento na regiÃo de contraÃÃo sÃo analisados e comparados com os respectivos casos sem inserÃÃo porosa. No escoamento em dutos com contraÃÃo sÃbita, observa-se uma bolha de recirculaÃÃo logo apÃs a contraÃÃo que causa uma diminuiÃÃo da Ãrea Ãtil de passagem de fluido, fenÃmeno conhecido como vena contracta. A contraÃÃo adicional (vena contracta) gera uma perda de carga ainda mais elevada, assim uma inserÃÃo porosa colocada logo apÃs a contraÃÃo pode diminuir ou eliminar essa recirculaÃÃo reduzindo seu efeito no aumento da perda de carga. PorÃm, por outro lado, a prÃpria inserÃÃo porosa gera uma perda de carga adicional. AlÃm disso, em muitas situaÃÃes na engenharia à desejÃvel eliminar ou reduzir a recirculaÃÃo, bem como uniformizar o escoamento à jusante da contraÃÃo no duto. No entanto, dependendo de certos parÃmetros, tais como porosidade, espessura e permeabilidade da inserÃÃo porosa, a perda de carga gerada pode ser muito elevada. Logo, este trabalho visa investigar o problema de forma a obter um melhor entendimento da interdependÃncia dos parÃmetros que compÃem o meio poroso no comportamento global do escoamento. No cÃlculo da perda de carga localizada no duto para os casos sem inserÃÃo porosa em escoamento turbulento, os resultados obtidos utilizando o modelo de turbulÃncia nÃo linear apresentam uma melhor concordÃncia com os resultados experimentais encontrados na literatura se comparados aos obtidos atravÃs dos modelos lineares. Para os casos com inserÃÃo porosa, os resultados mostram que apesar da reduÃÃo ou eliminaÃÃo da recirculaÃÃo, as perdas de carga sÃo sempre mais elevadas se comparadas aos casos sem inserÃÃo porosa. AlÃm disso, este trabalho mostra o quanto a bolha de recirculaÃÃo à amortecida e, ao mesmo tempo, o quanto de perda de carga adicional à gerada dependendo de cada inserÃÃo porosa considerada, o que pode ser de extrema utilidade em muitos projetos termo-mecÃnicos, onde, por exemplo, se deseja reduzir ou eliminar a bolha de recirculaÃÃo e aumentar a troca de calor.

ASSUNTO(S)

mecÃnica dos fluidos simulaÃÃo anÃlise numÃrica escoamento turbulento dinÃmica dos fluidos computacional contraÃÃo materiais porosos

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