Simulação numérica do escoamento turbulento em canal T

Abstract

O escoamento em um canal com junção T trata-se de um caso onde há a formação de bolha de recirculação formada por meio da separação do escoamento provocada pela súbita mudança na geometria do escoamento. O presente trabalho realiza a simulação computacional e análise do escoamento turbulento sobre um canal com junção T bidimensional e em regime permanente, por meio da construção de uma geometria simples com a grande vantagem de apresentar características importantes para o âmbito do estudo dos fenômenos de separação, recirculação e recolamento de escoamentos turbulentos. A modelagem da turbulência realizada nesse estudo é baseada nas equações médias de Reynolds (RANS). Tal modelagem foi utilizada pelo fato de que a mesma não exige um esforço computacional elevado. Adicionalmente, um dos principais objetivos do presente trabalho é a comparação do desempenho dos diferentes modelos de turbulência utilizados em casos com separação, recirculação e recolamento do escoamento. Os modelos de turbulência que utilizam a metodologia RANS utilizados são os modelos de duas equações diferenciais parciais k-ω, k-ε, Shear Stress Transport k-ω (SST k-ω), Transition Shear Stress Transport e o modelo de fechamento de segunda ordem Reynolds Stress Model (RSM). Os resultados foram comparados com os dados da literatura experimental e numérica por meio da Simulação de Grandes Escalas (LES). Todas as simulações foram realizadas com um número de Reynolds na entrada do escoamento paralelo igual a 15.000, baseado na altura do canal h e na velocidade de entrada U0. A malha utilizada em todos os casos possui 1.500.000 elementos apresentando um maior refinamento na região próxima a entrada do escoamento jato e nas regiões próximas a parede. Os principais resultados analisados são campos de velocidade, campos de pressão, grandezas relacionadas à turbulência. Os modelos k-ε – Tratamento de Parede Aprimorado, k-ε - Tratamento de Parede Menter-Lechner obtiveram os resultados de ponto de recolamento mais próximos a literatura, entretanto, resultados imprecisos para grandezas de segunda ordem. O modelo RSM obteve os resultados mais próximos da literatura, principalmente para as grandezas de segunda ordem.