Avaliação de esquemas discretizantes na solução das equações de Navier-Stokes e aplicação ao problema do escoamento na região de entrada de canais planos

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo para a solução das equações de NavierStokes bidimensionais em variáveis primitivas, empregando o método de resolução semi-implícito descrito por HIRT et al.(1975). Foi utilizada malha deslocada (tipo MAC) regular, em coordenadas cartesianas. As equações de Navier-Stokes foram escritas nas formas divergente econvectiva, cujos desempenhos foram comparados no problema da cavidade quadrada com parede superior em movimento, para números de Reynolds entre 100 e 3200. Para a forma divergente foi utilizado o método dos volumes finitos e quatro esquemas de discretÍzação: central, linear a montante, QUICK, e exponencial. Para a forma convectiva foi utilizado o método das diferenças finitas e o esquema central. Os resultados foram comparados com os de GmA et alo (1982), indicando a superioridade do esquema central divergente sobre o convectivo, bem como a superioridade dos esquemas QUICK e central sobre os esquemas exponencial e linear a montante. Foi estudado o problema da região de entrada em canais planos, com contração abrupta, considerando dois casos: a região de entrada de um canal plano a partir de um reservatório de grandes dimensões, que pode ser considerado um caso de contração plana com razão de contração infinita e o caso de razão de contração finita 2: 1. Para o caso da razão de contração finita, resultados obtidos para números de Reynolds entre 10 e 426, foram comparados com os dados experimentais de DURST et aI. (1985). Os resultados obtidos mostraram que entre os quatro esquemas de discretização utilizados os que se mostraram mais confiáveis e acurados para este problema foram os esquemas QUICK e exponencial. Encontramos diferenças significativas entre os dados experimentais e os dados obtidos pelo algoritmo em tomo do plano de contração, que foram atribuídos aos erros experimentais que apontaram diferenças de até 10% nos fluxos de massa. Para o caso da razão de contração infinita foi utilizada a solução do escoamento de Jeffery-Hame1, como condição de contorno não trivial para a região de entrada. Resultados obtidos para números de Reynolds 100, 200 e 400, mostraram-se qualitativamente compatíveis com a descrição de PANTON (1984)

ASSUNTO(S)

metodo dos volumes finitos diferenças finitas

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