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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2009.tde-20092023-084646
Documento
Autor
Nome completo
Rubén José Paredes Alvarado
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Conti, Mardel Bongiovanni de (Presidente)
Padovezi, Carlos Daher
Simos, Alexandre Nicolaos
Título em português
Desenvolvimento do método RANS para escoamento incompressível ao redor de geometrias simples bidimensionais.
Palavras-chave em português
Atrito
Fluxo turbulento dos líquidos
Hidrodinâmica
Mecânica dos fluidos computacional
Resumo em português
O presente trabalho trata da aplicação do método RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) ao escoamento estacionário bidimensional incompressível no entorno de corpos com geometrias simples sem superfície livre. Formula-se um processo de determinação do escoamento viscoso, que é aplicado no entorno de seções simples específicas, a saber, placa plana e círculo. Efeitos inerciais e viscosos são levados em conta analiticamente, com a consideração simplificada de turbulência; efeitos de compressibilidade são ignorados. O trabalho avança pesquisa anterior do autor, Paredes (2006), em que se considerava a solução viscosa em regime laminar para fluidos incompressíveis internos, assim como escoamento com superfície livre. Caminhou-se, desde então, para a inclusão de turbulência no modelo, o que o torna mais próximo das aplicações em Engenharia Naval, como por exemplo, a determinação da resistência viscosa ao avanço. Utiliza-se aqui a técnica RANS e, para a modelagem dos esforços de Reynolds, utiliza-se o modelo de Baldwin-Lomax (1978), devido à boa aderência demonstrada nos resultados apresentados por diversos autores e a sua simplicidade de programação. Faz-se uso do artifício "compressibilidade artificial" proposto por Chorin (1967) e, uma vez observadas às condições de contorno, a integração numérica destas equações no contínuo fluido é feita pelo método de volumes finitos (Finite Volume Method - FVM) em uma malha com células triangulares. Obtêm-se resultados numéricos para os casos do escoamento ao redor de placa plana, nos regimes laminar, e ao redor de um cilindro circular, por meio de um software desenvolvido especificamente para resolução dos casos considerados. No caso da placa, plana os resultados são comparados com dados analíticos, mostrando uma boa aderência.Identifica-se a sensibilidade dos resultados quanto ao refinamento da malha, à geometria utilizada, e ao parâmetro de compressibilidade artificial. No caso do cilindro circular, os resultados são comparados com dados experimentais e numéricos obtidos por meio de outras técnicas, disponíveis na literatura, mostrando um bom comportamento para baixos números Reynolds, evidenciando-se boas perspectivas na utilização deste método em casos mais complexos, como o de análise do balanço do navio.
Título em inglês
Untitled in english
Palavras-chave em inglês
Computational fluid mechanics
Friction
Hydrodynamics
Turbulent flow of liquids
Resumo em inglês
The present work is about the application of the RANS method (Reynolds Averaged Navier-Stokes) to the bi-dimensional incompressible steady flow around bodies with simple geometry without a free surface. It is formulated a process to determinate viscous flow around specific sections forms, namely flat plate and circumference. Inertial and viscous effects are considered, with a simplified consideration of turbulence; compressibility effects are neglected. This work follows a previous author's research, Paredes (2006), where the viscous solution was considered in a laminar regime to analyze incompressible internal fluids, and flow with free surface. Since then, the author worked in the extension to turbulent regime with the inclusion of a turbulence model, in order to develop a solver more reliable according to Marine Engineering applications, for example, to determinate the viscous ship resistance. RANS techniques are used, and to model the Reynolds stresses, an algebraic model is used, Baldwin-Lomax (1978), because of the good behavior shown in the results published by several researchers and the easiness in the implementation. The "Artificial Compressibility" technique proposed by Chorin (1967) is used, and once the boundary conditions are observed. The government equations are discretized in space using the Finite Volume Method (FVM) in an unstructured mesh with triangular cells. The following cases are analyzed, the flow around a flat plate, in laminar regime, and the flow around a circular cylinder, with the use of the "in-house" software developed to solve them. In the flat plate case, results are shown against analytical data with good agreement; also grid, geometry, and artificial compressibility parameter sensitivity are evaluated.In the circular cylinder case, results are shown against experimental and numerical data, available in literature, with acceptable agreement even at low Reynolds number, given good expectation to use this code in more complex cases, for example rolling vessels analysis.
 
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Data de Publicação
2023-09-20
 
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