Modelagem numérica de escoamentos compressíveis utilizando o Método da Fronteira Imersa.

Abstract

O objetivo do presente estudo foi aplicar o Método da Fronteira Imersa com o Modelo Físico Virtual para estudar escoamentos compressíveis externos. O Método da Fronteira Imersa vêm sendo cada vez mais utilizado para modelar escoamentos com objetos imersos, especialmente quando estão em movimento ou em deformação, pois este método utiliza malhas independentes para representar o domínio e os corpos imersos. O domínio é representado por uma malha euleriana, enquanto o corpo imerso é representado em 2D por um conjunto de pontos, o que é chamado de malha lagrangiana. A condição de não escorregamento do fluido em paredes é imposta através de um termo fonte de força introduzido na equação da quantidade de movimento. Outra vantagem desta abordagem é que as forças de arrasto e de sustentação podem ser calculadas diretamente utilizando o campo de forças produzido pela fronteira imersa. No Modelo Físico Virtual o campo de forças lagrangiano é calculado utilizando as leis de conservação e então é distribuído para a malha euleriana através de uma função de distribuição. No presente trabalho, uma malha cartesiana não-uniforme e um esquema central com precisão de segunda ordem foram utilizados na discretização espacial das equações de Navier-Stokes. O método de Euler foi aplicado para a integração no tempo. Escoamentos subsônicos e laminares sobre um perfil circular foram simulados para diferentes números de Reynolds, bem como o problema da difração de uma onda de choque. Parâmetros relevantes como os coeficientes de arrasto e de sustentação e o número Strouhal foram comparados com resultados numéricos e experimentais da literatura. Além disso, os mesmos problemas modelados com o Método da Fronteira Imersa são estudados utilizando o programa OpenFOAM, buscando validar a metodologia e o código computacional desenvolvido neste trabalho.