Modelagem e simulação de escoamento turbulento em canal com parede rugosa via o método Lattice Boltzmann

Abstract

O trabalho apresentando nessa dissertação estuda os efeitos das perturbações provocadas pela presença da rugosidades na superfície inferior no escoamento de um fluido. Para simular o problema do escoamento é utilizado o Método Lattice Boltzmann(MLB). Antes de iniciar o estudo em si, são realizadas simulações para validar o programa Palabos, que é o framework com a implementação do MLB. Para cumprir a etapa de validação, são realizadas duas simulações utilizando o Palabos. A primeira etapa simula o problema da cavidade com contorno móvel, em que os resultados obtidos são comparados com dados já validados na literatura. A segunda etapa simula o problema do escoamento laminar em canal fechado. É desenvolvida uma solução analítica do problema, por meio de uma análise assintótica, e a partir dessa solução é feita a comparação com os resultados obtidos na simulação, para efeito de validação. Finalizadas as validações, inicia-se o estudo dos efeitos das perturbações no escoamento, provocados pela presença de uma contorno rugoso. O problema a ser estudado é o escoamento em regime turbulento, em canal aberto, com presença de rugosidades na superfície inferior. Para efeito de comparação é simulado o escoamento no canal aberto, na ausência de rugosidade, em que é avaliada a perda de carga do escoamento pela vazão do escoamento e o pelo fator de atrito. Em seguida, são simulados dois casos com diferentes topologias de rugosidade. A partir dos resultados desses três ensaios, são analisadas a perda de carga do escoamento, avaliando-se a velocidade média do escoamento, a vazão do escoamento e o fator de atrito do escoamento. Também são analisados os efeitos turbulentos, observando a intensidade das flutuações no escoamento, calculando e apresentando os tensores de tensões de Reynolds.