Simulação numérica direta de camada cisalhante compressível com fonte de calor / Compressible shear layer direct numerical simulation

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

No presente trabalho são feitas uma simulação numérica direta (SND) de camada de mistura em regime compressível com fonte de calor em seu interior, numa análise temporal bidimensional para um escoamento em regime subsonico. A fonte de calor apresenta-se como um modelo simplificado de um escoamento reativo. A simulação parte de um escoamento laminar acrescido de uma perturbação. A simulação calcula a evolução temporal das condições iniciais onde as perturbações são amplificadas, formando os vórtices característicos da instabilidade de Kelvin-Helmholtz. O escoamento instantaneo é periódico na direção longitudinal e na direção normal aplicam-se condições de contorno de Dirichlet e Neumann. Para pontos dentro do domínio a discretização espacial é feita pelo método de diferenças finitas de 6a ordem nas duas direções. Para pontos próximo da fronteira e na fronteira, na direção normal, usou-se extencil de diferenças finitas de 5a ordem. A integração temporal foi feita usando um método de Runge-Kutta de 4a ordem. A simulação numérica direta permite resolver as equações com todos os termos, convectivos e viscosos, sem qualquer simplificação das equações. Os métodos de alta ordem possibilitam trabalhar numa faixa de número de onda maior que os métodos de baixa ordem, com pouca dissipação e dispersao numérica. A fonte de calor é somada na equação da energia, representando o calor liberado por uma reação química de combustão. A camada cisalhante com fonte de calor permite estudar o efeito do calor na formação do vórtice de Kelvin-Helmholtz, permitindo ter informações a respeito do processo de transição à turbulencia. Os resultados mostram que a combinação de geração de calor e compressibilidade reduz significativamente a taxa de amplificação da perturbação retardando o processo de transição à turbulência e consequentemente contribuindo negativamente para o processo de mistura dos fluidos que constituem a camada de mistura.

ASSUNTO(S)

hydrodynamic stability compressible flows combustÃo e propulsÃo métodos de alta ordem high order numerical methods direct numerical simulation shear layer escoamento compressível camada cisalhante combustion and propulsion simulação numérica direta estabilidade hidrodinâmica

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