EM974 – Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental Estudo do escoamento supersônico em um bocal convergente-divergente Eduardo Moraes Coraça RA 120877 Bruno Balestrini RA 105892 Vinicius Dias de Lima RA 084650
Introdução Bocais são componentes utilizados para acelerar escoamentos de velocidades subsônicas a supersônicas; Grande aplicabilidade na Engenharia Mecânica, principalmente na área de propulsão;
Objetivos Simular o escoamento em um bocal com o software Phoenics, variando as pressões na saída; Calcular a posição do choque; Comparar valores numéricos da simulação com valores obtidos através de expressões analíticas;
Solução Analítica Para velocidades baixas (M<1), o escoamento é isentrópico; Para M>1, inversão da característica do escoamento; Portanto, deve haver uma descontinuidade que compense a variação de entropia;
Solução Analítica A posição do choque é obtida pela área em que ocorre e, como se conhece a geometria, a área é uma função apenas da posição. Logo, o escoamento é tratado como unidimensional; Para a simulação, foi utilizado um bocal padrão ASTAR:
Solução Analítica A resolução das equações de conservação é muito complicada, logo utiliza-se as seguintes relações:
Escoamento Compressível Solução no Phoenics Foi utilizada uma malha BFC, unidimensional; Malha BFC Nz = 700 1 frame Seção retangular Modelos Laminar GCV-elíptico Escoamento Compressível
Solução no Phoenics 𝑷 𝒔𝒂í𝒅𝒂 =𝟗,𝟖 𝒃𝒂𝒓 V = 29.39139 m/s P = 9,973613 bar T = 569,5699 K Para as demais 𝑷 𝒔𝒂í𝒅𝒂 V = 46,38075 m/s P = 9,930487 bar T = 568,8623 K Propriedades Ar como gás ideal 𝑇 0 = 570 K 𝑃 0 =10 𝑏𝑎𝑟
Solução no Phoenics Parâmetros da Solução Numérica Máximo de 6000 iterações Critério de convergência global: 2%
Comparação das Soluções
Conclusão Como pode ser visto através das comparações, os resultados numéricos estão de acordo com os analíticos; Isso indica que o PHOENICS pode simular com boa precisão o escoamento adiabático e compressível; Com uma malha ainda mais refinada pode-se conseguir maior precisão dos resultados. Portanto, para trabalhos futuros, podem ser utilizadas outras malhas e outros pacotes CFD para comparação.