A dinâmica de fluidos computacional (CFD) tem sido amplamente utilizada como ferramenta para projetar, avaliar e melhorar dispositivos de turbo máquinas e neste contexto os ciclos supercríticos tem ganhado cada vez mais atenção da comunidade científica. Este estudo propõe-se a modelar, simular e avaliar o comportamento de um compressor operando com CO2 na região termodinâmica acima do ponto crítico líquido-vapor, em CFD. O Sandia National Laboratories divulgou em 2010 um relatório com informações à respeito de seu loop de ciclo Brayton em pequena escala operando com CO2 supercrítico (S-CO2) que tem sido amplamente utilizado para validação e análises de modelos numéricos. Para obter resultados precisos em termos de eficiência prevista e desempenho do compressor os aspectos fundamentais dos fluxos que evoluem perto do ponto crítico devem ser investigados. Assim, um modelo de simulação em um Software comercial baseado no método de volumes finitos foi desenvolvido a partir do projeto experimental do Sandia. O escoamento foi modelado numericamente e assumido como estado estacionário, turbulento e tridimensional. Apenas o impelidor foi considerado para a modelagem. Adotou-se o modelo de turbulência k-?-SST e foram geradas três malhas com graus diferentes de refino da camada limite com posterior estudo de independência realizado pelo método do Índice de Convergência de Malha (GCI), indicando baixas incertezas numéricas. A definição das propriedades termodinâmicas foi feita pela geração de tabelas específicas para a região de trabalho empregada por um software comercial que engloba as equações estado de Span & Wagner para o S-CO2. Os resultados foram validados em termos de razão de pressão para diferentes casos, variando as condições iniciais, comparando seus valores com os valores experimentais, apontando erro relativo médio de 1,264%, com valor máximo de 3,012% e mínimo de 0,145% para a razão de pressão. 93,65% dos elementos da malha apresentam valores de Y+ menores que 10 e apenas 1,38% dos elementos da malha apresentam valores de Y+ maiores que 15. Na simulação 3D, foram estudados aspectos fenomenológicos e termodinâmicos, a fim de elucidar um maior grau de relevância das variáveis relacionadas ao problema.

Computational Fluid Dynamics (CFD) has been widely used as a tool for designing, evaluating and improving turbocharger devices and in this context, supercritical cycles have gained more attention from the scientific community. This study proposes to model, simulate and evaluate the behavior of a compressor operating with CO2 in the thermodynamic region above the vapor-liquid critical point in CFD. In 2010, Sandia National Laboratories released a report with information regarding its small-scale Brayton cycle operating with CO2 supercritical (S-CO2), which was mainly used for validation and analysis of numerical models. To obtain accurate results in terms of predicted efficiency and compressor performance, fundamental aspects of flows that evolve near the critical point should be investigated. Thus, a simulation model in commercial software based on a finite volume method was developed from Sandia's experimental project. The flow was numerically modeled and assumed as steady-state, turbulent and three-dimensional. Only the impeller was considered for modeling. The k-?-SST turbulence model was adopted and three meshes with different degrees of boundary layer refinement were generated with later study of the mesh independence carried out by the Grid Convergence Index (GCI) method, in which low numerical uncertainties were observed. The definition of thermodynamic properties was made by the generation of specific tables for the work region, used by commercial software that includes equations of state from Span & Wagner for S-CO2. The results were validated in terms of pressure ratios for different cases, varying as conditions, comparing their values with experimental ones, pointing an average mean error of 1.264%, with a maximum value of 3.012% and a minimum of 0.145% for a pressure ratio. 93.65% of the mesh elements exhibit Y+ values less than 10 and only 1.38% of the mesh elements exhibit Y+ values greater than 15. In 3D simulation, phenomenological and thermodynamic aspects were studied, in order to elucidate a greater degree of relevance of the variables related to the problem.