Análise Numérica da Interação Fluido-Estrutura no Escoamento em um Difusor Radial
Iago Lessa de Oliveira, Prof. Dr. José Luiz Gasche, Gabriel Bertacco dos Santos, Câmpus de Ilha Solteira, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Curso de Engenharia Mecânica,
iago.42lessa@gmail.com, FAPESP.
Palavras Chave: Difusor Radial, Interação Fluido-Estrutura, Simulação Numérica.
Introdução
Uma das principais partes dos compressores alternativos herméticos é o sistema de válvulas automáticas utilizadas para controlar os processos de sucção e descarga do fluido refrigerante. O estudo analítico/numérico destes processos é bastante complexo, principalmente pela presença do problema de interação fluido-estrutura e pela complexidade geométrica de todo sistema. Por isso, modelos simplificados como os difusores radiais têm sido usados para representar o sistema de válvulas.
O presente trabalho consiste em uma investigação numérica do problema de interação fluido-estrutura no escoamento em um difusor radial (Figura 1), onde o movimento do disco frontal foi modelado como um sistema massa-mola-amortecedor de um grau de liberdade.
Figura 1. Modelo do difusor radial
Objetivos
Modelar o problema do escoamento no difusor radial com disco frontal móvel e resolver numericamente o problema para obter a posição instantânea do disco frontal para número de Reynolds baseado na condição de entrada do escoamento igual a 20.000.
Material e Métodos
Para a solução numérica do problema, o programa Fluent foi utilizado. A metodologia deste programa é baseada no método de Volumes Finitos² para resolver as equações governantes da Mecânica dos fluidos: equação da continuidade, Eq. (1) e equação do momentum, Eq. (2), para escoamentos incomspresíveis:
(1)
(2)
Através deste método, estas equações são discretizadas a partir de sua integração para um volume de controle finito. A integração leva a um sistema de equações algébricas para cada variável do problema. Sendo Φp uma propriedade no volume P, a equação discretizada obtida pela integração é dada por:
(3)
O movimento da malha computacional foi realizado a partir da implementação de uma função definida pelo usuário, onde a solução do problema fluidodinâmico é utilizada para prever a nova posição do disco frontal.
Resultados e Discussão
Diferentes modelos de escoamento (turbulento e laminar), métodos de interpolação, refino de malha foram testados. A posição instantânea do disco frontal e a força instantânea sobre o disco ao longo do tempo foram obtidas (Figura 2).
Figura 2: Afastamento do disco frontal e força sobre o mesmo para escoamento com Re = 20000.
Conclusões
O modelo numérico de malha dinâmica que foi usado para resolver o escoamento no difusor radial com disco frontal móvel pôde prever o estado de regime permanente do disco. Resta agora a validação do modelo a partir de dados experimentais. A partir destes dados a força sobre o disco frontal poderá ser calculada e o comportamento de parâmetros importantes no projeto de compressores, como área efetiva de força e área efetiva de escoamento, podem ser calculados.
¹Andreotti, T., Estudo Experimental da interação fluido-estrutura no escoamento em um difusor radial. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica), FEIS - UNESP, Ilha Solteira, 105p. 2013.
²Versteeg, H.K., Malalasekera, W., An introduction to computational fluid dynamics: the finite control volume, Prentice Hall, 2007.
XXVI Congresso de Iniciação Científica
