Estudo Numérico da Transferência de Calor por Convecção Mista a partir de um Corpo Rombudo e Efeitos de uma Parede Frontal.

Abstract

O propósito deste trabalho é o de desenvolver um Método de Partículas de Temperatura puramente Lagrangeano para a simulação numérica de efeitos térmicos com inclusão de forças de empuxo sobre escoamentos bidimensionais, viscosos e incompressíveis, que se originam a partir da separação da camada limite na superfície de um cilindro circular. Esta classe de escoamentos não permanentes é investigada para um valor elevado do número de Reynolds gerando-se uma esteira viscosa oscilatória a jusante do corpo. O corpo é estacionário, a sua superfície está aquecida e há a presença de uma parede frontal ao corpo localizada a jusante da região de separação da camada limite, na qual interfere nas forças de empuxo. Partículas de temperatura são geradas no domínio fluido nas vizinhanças da superfície do corpo em adição aos vórtices discretos de Lamb nascentes. As superfícies do corpo e da parede vertical são discretizadas e representadas por painéis planos, sobre os quais se distribuem fontes com densidade uniforme. As condições de contorno sobre as fronteiras sólidas são impostas e resolvidas utilizando-se técnicas numéricas mais apuradas. As distribuições de pressões e as forças fluidodinâmicas atuantes sobre a superfície do corpo são calculadas usando uma formulação integral originária de uma equação de Poisson para a pressão. Os esforços computacionais despendidos para o cálculo do campo de velocidades sobre cada partícula de temperatura e para a geração de vorticidade a partir do calor (aproximação de Boussinesq) são comparados com aquele típico para o cálculo da Lei de Biot-Savart, a chamada interação vórtice-vórtice. Os resultados numéricos para carregamentos fluidodinâmicos e para localização do ponto de separação sobre a superfície do corpo são apresentados e discutidos. A presente metodologia é capaz de capturar a queda do valor da força de arrasto e a mudança do ponto de separação da camada limite devido à variação do número de Richardson.