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

By Vanderlino Coelho Barreto Neto

Abstract

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.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.The work presented in this dissertation studies the effects of perturbation in fluid flowing on channel, this perturbation is caused by the roughness on floor of the channel, to simulate the flow problem is used the Lattice Boltzmann Method. Before starting the study, simulations to validate the program Palabos are performed. The first step simulate the cavity flow problem, where the results obtained are compared with valid data. the secund step simulate the laminar flow on closed channel, is developed the analytical solution of problem and with this solution is parallel the results obtained in the simulation. Finished validations, is starded the study of effects of perturbation on flow. The problem to be studied is the turbulent flow on open channel with rughness on floor. For comparison level, is simulate the flow on open channel without rughness. Next, two cases with different bed forms of roughness are simulated. With the results of these three simulations is analyzed the load loss of flow by the mean velocity, the flow rate and the friction factor. Also are analyzed the turbulent effects observing the intensity of the turbulent fluctuations

Topics: Dinâmica dos fluidos, Escoamento - mecânica dos fluidos
Year: 2018
OAI identifier: oai:repositorio.unb.br:10482/34812

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