Análise Bidimensional Termo-Fluido Dinâmica de Cilindros Rotativos com o Método da Fronteira Imersa / Modelo Físico Virtual.

Abstract

Há um grande interesse científico, industrial e tecnológico pelo estudo de escoamentos ao redor de corpos que podem estar ou não aquecidos. A análise destes escoamentos e os fenômenos presentes tais como geração e desprendimento de vórtices, transferência de calor e forças exercidas pelo fluido têm sua importância em diferentes áreas da engenharia. Escoamentos sobre plataformas de extração de petróleo, sobre linhas de transmissão de energia, em problemas de interação fluido-estrutura, em meios porosos, em trocadores de calor e sobre geometrias complexas, podendo estas serem móveis, estacionárias ou deformáveis, são alguns exemplos. A compreensão destes fenômenos e o desenvolvimento de métodos numéricos têm sido de grande interesse e despertado para o desenvolvimento de novas metodologias com maior precisão numérica. No presente trabalho foi utilizada a metodologia Fronteira Imersa (MFI) / Modelo Físico Virtual (MFV) para as simulações de escoamentos incompressíveis, bidimensionais sobre cilindros aquecidos e rotativos. O cálculo das forças exercidas sobre o cilindro assim como a imposição indireta do aquecimento do cilindro foram feitos pelo Modelo Físico Virtual que se baseia nas equações de conservação da quantidade de movimento linear e da energia. Um código computacional em linguagem C++ foi empregado para estudar as alterações na dinâmica do escoamento e no campo térmico causado pela imposição de diferentes taxas de rotação do cilindro. Foram realizadas diversas simulações com o intuito de analisar a estabilidade do método bem como obter os parâmetros relevantes ao problema como coeficientes de arrasto, sustentação e pressão, número de Strouhal e Nusselt e os campos de velocidade, pressão, vorticidade e temperatura, fazendo assim, um estudo comparativo dos resultados numéricos obtidos com outros disponíveis na literatura.