Simulação Numérica do Escoamento Laminar em um Canal Complexo

Este trabalho simula numericamente a perda de carga e o coeficiente de atrito médio em canais compostos utilizando o pacote ANSYS® CFX. Foram avaliados 03 tipos de canais retangulares de altura H e largura W com um canal secundário ao longo de uma das paredes laterais. As dimensões do canal secundário são sua profundidade P e largura D. As simulações foram feitas para um escoamento laminar e incompressível para uma faixa de Reynolds de 200 a 1200, baseado no diâmetro-hidráulico, DH, na velocidade média do canal, Um, e na viscosidade cinemática do fluido, ν. Os resultados mostraram que o coeficiente médio de atrito é função de um fator de forma C e inversamente proporcional ao número de Reynolds. A utilização do diâmetro-hidráulico como escala de comprimento para o cálculo do fator médio de atrito levou a uma dispersão dos resultados que foram melhor aproximados utilizando  raiz quadrada da área da seção transversal do canal, . Soluções transientes também foram avaliadas para observar instabilidades comuns nesse tipo de canal. Somente o canal de maior área de slot mostrou flutuações periódicas de velocidade, caso C4.Â

Uso de Transformadas de Ondaletas na Avaliação de Interrmitência em sinal Discretos

This paper aims to apply continuous wavelet transform - CWT - in the analysis of the transient signals with and without intermittency. For that evaluation, time-frequency analysis techniques were employed for two didactic signals and a experimental signal from velocity fluctuation. Thye velocity signal was acquired by a single hot wire probe. In all cases, the wavelet transform was able to identify periods with low energy levels, showing to be efficient in the identification of intermittency or anomalies in the signals. Esse artigo tem como objetivo aplicar transformada contínua de ondaletas ”“ CWT ”“ na análise de sinais transientes com e sem intermitências. Para a avaliação foram empregadas tais técnicas de análise tempo-frequência a dois sinais didáticos e um sinal experimental real de flutuação de velocidade proveniente de uma sonda de fio quente. Em todos os casos, a transformada de ondaletas conseguiu identificar períodos com baixas energéticas mostrando-se eficiente na identificação de intermitências ou anomalias nos sinais

Numerical study of aerodynamic coefficients of a ground vehicle

The objective of the present paper is to evaluate the turbulent flow around the Ahmed body immersed in air and to determine its aerodynamic coefficients for different slant angles. The bidimensional non-stationary analysis of an incompressible flow around the Ahmed body is carried out for three different rear angles which are 0°, 10° and 25°. The numerical simulations were performed under the same Reynolds number, ReL = 94 000, based on the free streamwise velocity, u, the longitudinal length of the Ahmed body, L, and the kinematic viscosity of the work fluid, ν. The additional diffusivity caused by the turbulent motion was approached using the Boussinesq’s idea through the k-ω SST. In the paper, aerodynamic coefficients of drag and the pressure and velocity fields are presented to characterize the Ahmed body for such slant angles, as well as the flow detachment point, determined through the dimensionless skin friction factor distribution on the body’s surface. The results showed that the slant presence affects the skin friction and pressure coefficients. As the slant angle was increased, the portion of pressure drag became more significant in total drag. Skin friction coefficient distribution was first presented for this body. As numerical simulations were compared with available results in open literature and showed agreement, we concluded that it was possible to simulate a problem notably tridimensional with a bidimensional simulation, leading to savings in simulation time and computational cost

Numerical simulation of turbulent flow in a channel containing a small slot

A three-dimensional unsteady simulation was carried out to predict the main features of the turbulent flow inside a closed channel connected to a lateral slot. The incompressible turbulent flow was modelled using a hybrid Detached Eddy Simulation (DES), that uses an LES/URANS approach to predict the turbulence. The calculations were performed using ANSYS® CFX. In this work the main channel has a size of 180 mm x 136.20 mm. The small subchannel is characterized by its deepness, p = 77 mm and width, d = 10 mm. The Reynolds number, based on the hydraulic-diameter, Dh, the bulk velocity, and the kinematic viscosity, ν, in the main channel was Re = 2.25 × 105. Inside the small slot the velocity distribution was found to depart from the law of the wall and the normal Reynolds stresses, View the MathML sourceu′u′¯ and View the MathML sourcev′v′¯, were found to dominate the mixing process. Velocity time-traces extracted at locations as far as y/p = 1.125 inside the gap evidenced the presence of large eddies travelling inside the small channel. It was shown that periodic streamwise boundary conditions can be applied to this problem, and good results were obtained by using a channel length that was approximately twice the wavelength of the experimentally observed coherent structures. The results were found to be in fair agreement with the results presented in Meyer and Rehme (1994), though a certain lack of information on turbulence in single channels connected to a gap still remains

A novel to perform a thermoelastic analysis using digital image correlation and the boundary element method

This work aims for a novel thermoelastic analysis methodology based on experimental steady-state temperature data and numerical displacement evaluation. The temperature data was acquired using thermal imaging and used as the input for a boundary element method (BEM) routine to evaluate its consequent thermoelastic displacement. The thermoelastic contribution to the resultant displacement arises in the BEM formulation as a domain integral, which compromises the main benefits of the BEM. To avoid the necessity of domain discretization, the radial integration method (RIM) was applied to convert the thermoelastic domain integral into an equivalent boundary integral. Due to its mathematical development, the resultant formulation from RIM requires the temperature difference to be input as a function. The efficacy of the proposed methodology was verified based on experimental displacement fields obtained via digital image correlation (DIC) analysis. For this purpose, a CNC (computer numerical control) marker was developed to print the speckle pattern instead of preparing the specimen by using manual spray paint or using commercially available pre-painted adhesives. The good agreement observed in the comparison between the numerical and experimental displacements indicates the viability of the proposed methodology

Estudo do tubo de vórtices no torneamento

O tubo de vórtices é um dispositivo mecânico utilizado na conversão de energia cinética do ar em energia térmica. O objetivo deste trabalho é analisar o tubo de vórtices no processo de torneamento, especificamente, no faceamento rápido de um aço ABNT 1045 utilizando ferramentas de aço rápido com 10% de Co. Os resultados mostraram que no faceamento rápido utilizando o tubo de vórtices, a vida da ferramenta aumentou em 20% em relação ao processo a seco, uma vez que o colapso da ferramenta ocorreu com diâmetro de usinagem de 198,20 mm

Aplicação de técnica de imageamento térmico na determinação do número de Nusselt em uma placa plana aquecida

Uma técnica experimental é desenvolvida para avaliar o coeficiente de transferência de calor em uma placa plana, usando imageamento térmico sem perturbar o escoamento do fluido sobre a superfície aquecida. O aparato experimental consiste em uma placa plana submetida a uma fonte de calor contante. A placa é inserida em um canal aerodinâmico com velocidade do escoamento controlada por uminversor de frequência. Diferentes técnicas experimentais e materiais foram utilizados. Contudo, o experimento de maior sucesso contou com um fino filme de alumínio. Esse filme foi dividido em pequenos pedaços, levando a minimização do termo de condução emaximização do processo de convecção. Os resultados experimentais são condizentes com a literatura aberta levando a uma solução do tipo Nu = C RexmPrn, onde C, m e n, foram, respectivamente, 0,031, 0,85 e 1/3. Foram testados velores de Reynolds de 1000 até 5.77 x 104.Experimental technique was applied to evaluate the thermal field in a smooth flat plate under forced convection. The technique consists in capture the thermal image over different substrates built from different materials and peculiarities. Each substrate was heated by a constant heat source controlled by a power suplly Minipa and the thermal image was captured by a Thermal Camera Fluke™ Ti 125placed 120 mm from the heated pieces. The heated piece was inserted inside an aerodynamic channel whose the free stream velocity Uwas controlled by a frequency inverter, and therefore, changing the Reynolds number. The outcomes obtained in the experimental campaign successfully described the local Nusselt number asNu = C Rexm Prn, where C, m and n, were computed as 0.031; 0.85 and 1/3, respectively. In order to maximize the convective heat transfer processes over the conduction we spitted up the flat plate along its length.The Reynolds number is based on the free stream velocity, the plate length and the kinematic viscosity of the fluid,. The Reynolds number was ranged from 1000 up to 5.77 x 104

OTIMIZAÇÃO GEOMÉTRICA DE ESCOAMENTOS COM CONVECÇÃO FORÇADA SOBRE UM ARRANJO TRIANGULAR DE CORPOS ROMBUDOS QUADRADOS

O presente estudo consiste na avaliação numérica de um arranjo triangular de corpos rombudos submetidos a um escoamento transiente, bidimensional, incompressível, laminar e com convecção forçada. A avaliação geométrica é realizada através do método Design Construtal. O problema possui uma restrição dada pela soma da área dos corpos rombudos e dois graus de liberdade: ST/D (razão da distância entre o centro dos corposrombudos posteriores e a dimensão de suas arestas), SL/D (razão da distância longitudinal entre os centros dos corpos rombudos, frontal e posteriores, e a dimensão de suas arestas). Para todas as simulações são considerados números de Reynolds e Prandtl constantes, ReD=100 e Pr = 0.71. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas através do Método dos Volumes Finitos (FVM). O principal objetivo é avaliaro efeito dos graus de liberdade sobre o coeficiente de arrasto (CD) e o número de Nusselt (NuD) entre os corpos rombudos e o escoamento circundante, assim como, os valores ótimos de ST/D para seis razões de ST/D = 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 e 4.0 e seis passos longitudinais SL/D= 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 e 4.0. Os resultados mostraram que a alteração da razão ST/D possuem influência sobre os coeficientes de arrasto e número de Nusselt do arranjo triangular de corpos rombudos, bem como, sobre as geometrias que conduzem aos melhoresdesempenhos fluido dinâmico e térmico do escoamento.Palavras-chave: Design Construtal, convecção forçada, arranjo triangular, escoamento externo, corpos rombudos