Análise de simulações computacionais de escoamentos turbulentos em torno de um corpo rombudo

Abstract

Pela grande frequência com que ocorrem na natureza e em diferentes aplicações de engenharia, o escoamento ao redor de corpos rígidos tem sido objeto de inúmeros estudos teóricos e experimentais há mais de um século. Na mecânica dos fluidos, os corpos podem ser classificados quanto à sua forma geométrica como rombudos ou aerodinâmicos. O conhecimento e estudos existentes sobre a aerodinâmica comprovam que o escoamento de ar em torno de corpos rombudos é complexo e, portanto, são necessários esforços experimentais e computacionais para entendê-lo completamente. A previsão correta da força de arrasto resultante da interação entre um corpo rombudo e o fluido escoando em torno dele ainda constitui um dos problemas básicos da mecânica dos fluidos e fluidodinâmica computacional. Apesar de existirem na literatura certos resultados experimentais do coeficiente de arrasto para o caso de uma esfera imersa em um escoamento de ar, ainda não foram encontradas evidências ou resultados numéricos que reproduzissem os mesmos resultados encontrados experimentalmente, a não ser os resultados obtidos por simulação numérica direta. Este trabalho teve como objetivo principal a reprodução numérica de tais resultados experimentais utilizando o método numérico de volumes finitos; os programas de fluidodinâmica computacional de simulação SU2, de geração de malha Ansys ICEM CFD e de pós-processamento ParaView; e as metodologias de modelagem da turbulência RANS, URANS, DES, DDES e ZDES. São apresentados, neste trabalho, conceitos fundamentais para uma me lhor compreensão da mecânica dos fluidos, aerodinâmica, métodos numéricos e modelagem de escoamentos turbulentos. Apesar de não ter sido possível obter todos os resultados desejados, este trabalho apresenta resultados satisfatórios e significantes para uma melhor compreensão dos fenômenos resultantes da interação entre um corpo rombudo, neste caso a esfera, e o escoamento de ar ao seu redor, e como as metodologias de modelagem da turbulência e programas utilizados funcionam e são capazes de simular tais fenômenos.