Construção de um modelo numérico de simulação para estudo preliminar de um canal de água circulante em baixos números de Reynolds

Abstract

Canais de recirculação de água de baixo Reynolds são aparelhos importantes para estudos em Mecânica dos Fluidos e Hidrodinâmica, pois são capazes de proporcionar a realização de diversos experimentos. Em razão da complexidade de sua estrutura, seu custo é elevado. Por isso, muitas universidades optam pela construção de um canal de baixo custo, o qual possui dimensões menores e também menos elementos constituintes. Um instrumento presente nesse canal é o modificador de fluxo, o qual é utilizado para uniformizar os perfis de velocidades do escoamento e reduzir a intensidade de turbulência gerada devido ao jato de entrada. Assim sendo, este trabalho tem como objetivo encontrar uma combinação de geometria e localização de inserção que permita a esse instrumento exercer sua função com a máxima eficiência possível. Neste trabalho, testou-se a viabilidade da adição de um modificador de fluxo em formato de placa perfurada, em comparação com o canal na sua forma mais simples. Para isso, construiu-se um modelo para análises preliminares em Fluidodinâmica Computacional com auxílio do software ANSYS Fluent, nas quais variavam-se a geometria e a localização longitudinal dessa placa. Para avaliação, as características escolhidas foram intensidade de turbulência e velocidade axial do escoamento. Os casos foram então avaliados e comparados. Conclui-se que a configuração com a maior quantidade de furos de pequeno diâmetro mostrou-se mais adequada, bem como a inserção da placa em uma localização mais afastada da entrada do fluido. Portanto, a combinação de mais furos e maior distância foi a que demonstrou melhores resultados e atingiu os objetivos.

Low Reynolds water recirculation channels are important devices for studies in Fluid Mechanics and Hydrodynamics, as they are capable of providing the realization of several experiments. Due to the complexity of its structure, its cost is high. For this reason, many universities choose to build a low-cost channel, which has smaller dimensions and also less constituent elements. An instrument present in this channel is the flow modifier, which is used to standardize the flow velocity profiles and to reduce the intensity of turbulence generated due to the incoming jet. Therefore, this work aims to find a combination of geometry and insertion location that allows this instrument to perform its function as efficiently as possible. In this work, we tested the feasibility of adding a flow modifier in the shape of a perforated plate, compared to the channel in its simplest form. For this, a model for preliminary analyzes in Computational Fluid Dynamics was built with the help of textit software ANSYS Fluent, in which the geometry and longitudinal location of this plate were varied. For evaluation, the characteristics chosen were turbulence intensity and axial flow velocity. The cases were then evaluated and compared. It was concluded that the configuration with the largest number of small diameter holes proved to be more adequate, as well as the insertion of the plate in a location further away from the fluid inlet. Therefore, the combination of more holes and greater distance was the one that demonstrated the best results and achieved the objectives.