Escoamento Compressível Subsônico e Supersônico em Bocais C-D Luiza Milene Buck Fernandes RA: 086822 Samir Cavalcante Fortunato RA: 084601

1. Velocidades de Entrada Objetivos 1. Velocidades de Entrada V=35 m/s V= 50 m/s V=70 m/s V=85 m/s V=100m/s v=120 m/s V= 150 m/s 2. Parâmetros avaliados Velocidade Pressão Número de Mach Enter1: através do phoenics, o trab pretendia simular Enter2: o comportamento do escoamento em bocais c-d. Para tal, o método aplicado foi a variação de velocidade mantendo uma diferença de temperatura entre a entrada e a saída e uma pressão contante em ambos os lados Enter3: as velocidades escolhidas foram: ...... Pq abrangem os 2 tipos de escoamento, os sub e os sper sonicos Enter4: parametros avaliados e comparados 3. Comparação entre Modelo Teórico e Experimental

Introdução Bocais: * Apresentam variação de pressão mudança de velocidade do escoamento. Enter1: bocais são componente que apresentam uma variação de pressão capaz de gerar uma mudança na velocidade do escoamento ao longo do comprimento do bocal Enter2:utilização na mecflu e termodinamica para diversas aplicações como tunel de vento, foguetes, avião a jato

dp>0, dv<0, Mach diminui dp<0, dv>0, Mach aumenta Parte convergente: acelerado continuamente até o limite, qndo pode ou não atingir velocidade sônica na garganta Parte divergente: 2 opções: 1.pressao aumenta com diminuição da velocidade e num de mach diminui 2.pressao diminui com o aumento da velocidade e mach >1 Enter: em baixas v eh considerado isoentropico pois não há variação das propriedades Em altas velocidades, ocorre choque (pressao na saida mto menor que contrapressaopressao aumenta), não conservando a entropia Baixas velocidades: Isoentrópico Altas velocidades: Choque Saída: dp>0, dv<0, Mach diminui dp<0, dv>0, Mach aumenta

Explica a figura Obs.: nesse trabalho variou-se a velocidade e não a pressao...velocidade tem comportamento semelhante ao da pressao, porém oposto

Implementação no Phoenics Enter 1:criamos uma malha BFC (modelo que mais se adequa pois analisa o escoamento em coordenadas ortogonais, garantindo que cada célula serpa ortogonal ao escoamento) Enter 2: baseado na geometria do motor de um foguete. Algumas alteraçoes foram feitas para tornar o escoamento mais suave Observa-se que houve um refinamento maior na regiao da garganta pois nesse local o escoamento é mais crítico. Na entrada e na saida o escoamento é amis estavel, não havendo necessidade de grandes refinamentos de malha

(2) Ar usando lei dos gases ideais Condições de Contorno Modelo de turbulência: LVEL Propriedades: (2) Ar usando lei dos gases ideais LVEL: modelo de turbulencia mais simples q simula o escoamento para uma viscosidade aparente e gera simulaçao mais facil de obter convergencia TEMPERATURA:nesse modo da incluso a derivada substancial da pressao e termos de aquecimento cinematico q o modo total não inclui Plate: nas outras paredes, o bocal eh simetrico e, portanto, adiabático Plate: Adiabático V=0 Outlet: Pressão: 1.013 E+05 Pa Inlet: Velocidades variando

Simulação 1: v=35 m/s Numero de Mach Velocidade em Z Velocidade e mach tem comportamento análogo Velocidade aumenta na seção convergente, chega em mach=0,44 e volta a diminuir na seção divergente Observa-se que há uma distribuição do num de mach de de velocidade ao longo do eixo Y na saida da garganta ateh o fim do bocal dibergente, que pe vista até v=85m/s Velocidade em Z

Pressão Curva A Pressao tem o comportamento da curva A 3000 iterações, convergencia de resultados, residuos baixos em todas as simulaçoes

Simulação 2: v=50 m/s Número de Mach Velocidade em Z Escoamento subsonico ao longo de todo bocal, mach na garganta=0,69 3000 iterações Velocidade em Z

Pressão Curva B

Simulação 3: v= 70 m/s Número de Mach Velocidade em Z Mach ~1 na garganta...mas ainda subsonico Velocidade em Z

Pressão Curva C

Simulação 4: v= 85 m/s Número de Mach Velocidade em Z Supersonico na garganta M=1 Observa-se choque na velocidade: velocidade cai abruptamente de 450 para+- 250 m/s após o choque 2000 iterações Velocidade em Z

Pressão Curva D Choque causa aumento da pressão

Simulação 4: v=100 m/s Número de Mach Velocidade em Z

Pressão Curva E

Simulação 5: v= 120 m/s Número de Mach Velocidade em Z

Pressão

Simulação para v= 150 m/s Número de Mach Velocidade em Z

Pressão

Comparação com a Teoria Dados da Simulação Cálculo pela Teoria Valor pela Simulação Erro Relativo Velocidade de Entrada Mach de Entrada Mach da Garganta Pressão de Entrada Pressão de Estagnação Pressão na Garganta Simulação / Teoria 35 0.1 0.32 101749 102463 95445 94744 0.993 50 0.15 0.51 103247 104882 87825 87532 0.997 70 0.21 0.99 112821 116342 62180 65923 1.060 85 0.25 1 134552 140531 74240 80588 1.086 100 0.29 158489 168017 88760 84750 0.955 120 0.35 190575 207423 109578 99827 0.911 150 0.44 238917 272893 144164 93534 0.649 Para entrada e garganta: regime isoentropico Com pressao de entrada e mach na entrada, calcula-se pressao de estanãção Com pressao de estagnação e mach na saida, calcula-se a pressao da garganta e compara com o phonics

Pressão Antes do Choque Pressão Depois do Choque Simulação / Teoria Dados da Simulação Cálculo pela Teoria Valor pela Simulação Erro Relativo Velocidade de Entrada Mach Antes do Choque Pressão Antes do Choque Pressão Depois do Choque Simulação / Teoria 85 1.25 46860 60531 94080 1.554 100 2.3 11011 27716 103184 3.723 120 2.59 9079 25925 99827 3.851 150 2.89 7004 22452 93972 4.185