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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2019.tde-23122018-163831
Documento
Autor
Nome completo
Luiz Otavio de Carvalho Bovolato
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Greco Junior, Paulo Celso (Presidente)
Carneiro, Helder Fernando de França Mendes
Mendonça, Marcio Teixeira de
Título em português
Análise computacional de casos característicos de câmaras de combustão empregando simulação de escalas adaptativas
Palavras-chave em português
Escoamento sobre degrau
Escoamento turbilhonado
Navier-stokes com média de Reynolds
Simulação de escalas adaptativas
Simulação de grandes escalas
Resumo em português
O projeto de pesquisa propôs avaliar a metodologia de Simulação de Escalas Adaptativas (SAS) para descrever escoamentos turbulentos e não-reativos utilizando estudos de casos característicos, amplamente documentados, os quais possuem comportamentos do escoamento distintos presentes em diferentes regiões de uma câmara de combustão. O primeiro estudo de caso foi a análise do escoamento sobre um degrau, em que foi avaliada a capacidade do modelo Simulação de Escalas Adaptativas, frente aos modelos de Navier-Stokes com Média de Reynolds (RANS) e Simulação de Grandes Escalas (LES) e aos dados experimentais, em prever a distribuição de pressão, ponto de recolamento e de perfis de velocidade ao longo do domínio após a separação. Pode-se notar que o modelo SAS apresentou resultados praticamente idênticos aos resultados obtidos pelo modelo RANS com relação à distribuição de pressão e a posição ponto de recolamento. Porém, os perfis de velocidade apresentaram algumas discrepâncias com relação aos perfis de velocidade dos modelos RANS e LES e dos resultados experimentais. Um segundo estudo de caso foi a análise do escoamento através de um turbilhonador, em que a capacidade do modelo SAS foi avaliada, comparando seus resultados com os resultados do modelo de Navier-Stokes Não-Estacionárias com Média de Reynolds (URANS) e com os dados experimentais, em prever perfis de velocidade em regiões de recirculação presentes neste estudo de caso. Pode-se observar que ambos os modelos conseguiram prever as principais estruturas de recirculação do escoamento, porém, os perfis de velocidade apresentaram significativas discrepâncias com relação aos dados experimentais. Em seguida, foram feitas comparações entre os modelos SAS e URANS com relação à previsão da precessão central de vórtice e de estruturas de vórtices, das quais foi observado que o modelo SAS apresenta uma maior capacidade para prever estas estruturas em relação ao modelo URANS.
Título em inglês
Computational analysis of combustion chamber characteristic cases using scale-adaptivr simulation
Palavras-chave em inglês
Backward-facing step
Large-eddy simulation
Reynolds averaged Navier-Stokes
Scale-adaptive simulation
Swirl flows
Resumo em inglês
The research project aimed to evaluate the Scale-Adaptive Simulation (SAS) methodology to describe turbulent and non-reactive flows using characteristic, widely documented, case studies, which have distinct flow behaviors present in different regions of a chamber of combustion. The first case study was the analysis of a flow over a backward-facing step, from which the Scale-Adaptive Simulation (SAS) model capacity was evaluated, compared to the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and Large-Eddy Simulation (LES) models and experimental data, in order to predict the pressure distribution, reattachment point and velocity profiles throughout the domain after separation. It can be noticed that the SAS model presented results almost identical to the results obtained by the RANS model in relation to the pressure distribution and reattachment position. However, the velocity profiles presented some discrepancies in respect to RANS and LES velocity profiles and the experimental results. A second case study was the analysis of the flow through a swirler, from which the capacity of the SAS model was evaluated, comparing its results to the results of the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) model and with the experimental data, to predict velocity profiles in recirculation regions present in this case study. It can be observed that both models were able to predict the main recirculation structures of the flow, however, the velocity profiles presented significant discrepancies in relation to the experimental data. Then, comparisons were made between the SAS and URANS models in respect to the prediction of vortex precession vortex core and vortex structures, from which it was observed that the SAS model presents a greater capacity to predict these structures in relation to the URANS model.
 
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Data de Publicação
2019-01-07
 
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