Simulação numérica de escoamentos de fluidos com efeitos de rotação

Abstract

Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas de escoamentos viscosos, incompressíveis e transientes com efeitos de rotação em um sistema não-inercial de referência, por meio do método de elementos finitos por volumes de controle; com a metodologia de simulação de grandes escalas (LES) para a modelagem da turbulência. Os domínios de cálculo foram discretizados utilizando elementos finitos quadrilaterais de nove nós e as equações são integradas em volumes de controle ao redor dos nós dos elementos finitos. Com a aplicação da metodologia de simulação de grandes escalas (LES), as equações governantes passam por um processo de filtragem e assim as maiores escalas são resolvidas diretamente pela solução das equações de Navier-Stokes filtradas, enquanto as escalas menores são modeladas pelo modelo de viscosidade turbulenta de Smagorinsky. Alguns casos de escoamentos bidimensionais nas variáveis primitivas u, v e p aplicados às máquinas de fluxo, tanto axiais, como radias, foram realizados para estudar o efeito das acelerações centrípeta e de Coriolis, por meio do adimensional número de rotação Ro, e das instabilidades geradas nos escoamentos

In this work it has been done numerical simulations of viscous transient incompressible fluid flows with rotation effects in a non inertial system of reference, by the control volume based finite element method; with the methodology of large-eddy simulation (LES) to model turbulence. The domains of calculation are discretized in quadrilateral finite elements with nine nodes and the equations are integrated in control volumes around the node of the finite elements. By the application of LES, the governing equations are filtered and this way the large scales are directly solved by the solution of the filtered Navier-Stokes equations, while the sub-grid scales are modeled by the eddy viscosity model of Smagorinsky. Some cases of two-dimensional flows in primitive variables u, v and p applied to axial and radial turbomachines were simulated to analyze the effect of the centripetal and Coriolis accelerations, considering the dimensionless number of rotation and the instabilities generated in the flows