Análise do escoamento turbulento em meio poroso descontínuo.

• Main Author: Marcos Heinzelmann Junqueiras Pedras
• Other Authors: Marcelo José Santos de Lemos
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Tecnológico de Aeronáutica 2000
• Subjects: Escoamento turbulento; Materiais porosos; Mecânica dos fluidos; Análise numérica; Física
• Online Access: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=2357

Este trabalho analisa a modelagem do fenômeno de turbulência em meios porosos. Inicialmente, é apresentado o conceito da dupla decomposição, o qual relaciona uma propriedade microscópica instantânea às suas médias volumétrica e temporal. Baseado no conceito de dupla decomposição, no teorema da média volumétrica local e nas equações de escoamento microscópicas, desenvolve-se as equações macroscópicas do escoamento médio no tempo, aplicáveis a meios limpos, porosos ou híbridos. Mostra-se que a ordem de aplicação da média volumétrica e temporal é irrelevante quanto ao resultado final se o meio poroso for indeformável e saturado por um fluido monofásico. No processo de obtenção das equações macroscópicas do escoamento médio no tempo, surge o tensor de Reynolds macroscópico. A representação deste termo adicional faz uso da idéia da dupla decomposição e dá origem ao modelo macroscópico de duas equações proposto. Esta proposição é baseada na média volumétrica das equações microscópicas da energia cinética turbulenta e de sua dissipação, ambas definidas também à luz do conceito de dupla decomposição. Deste processo de obtenção do modelo macroscópico de duas equações, uma constante é introduzida na equação da energia cinética de turbulência. O valor numérico desta constante foi obtido através de experimentação numérica aplicada a um meio poroso formado por hastes cilíndricas com arranjo espacialmente periódico. As equações microscópicas do escoamento foram então resolvidas para esta geometria, usando-se um sistema de coordenadas generalizadas e o modelo k-e de baixo Re. No modelo de baixo Re, não há a necessidade de emprego da função de parede e a malha computacional se comprime próxima à superfície sólida. As propriedades distribuídas foram integradas no domínio de cálculo e comparadas com o modelo macroscópico proposto. Desta comparação, o valor da constante introduzida foi determinado. O modelo macroscópico de turbulência, assim ajustado, foi usado para reproduzir dados encontrados na literatura. Algumas aplicações do modelo macroscópico envolvendo meios de distintas porosidades são apresentadas.