Modelação computacional do escoamento em torno de um cilindro

Abstract

Neste trabalho apresentou-se um estudo, feito em CFD, recorrendo ao OpenFOAM®, do escoamento em torno de cilindros circulares em que o número de Reynolds (Re) variou entre 80 e 5x105, com um solver em estado laminar para 80<Re<300, e empregando o modelo de turbulência k-ω SST implementado nos casos em que 200<Re<5x105. Os parâmetros avaliados foram o valor médio de CD, o valor da média quadrática de Cl, o número de Strouhal (St) e o ângulo de separação (θs).No regime de libertação laminar de vórtices (80<Re<300), os resultados apresentaram boa concordância com os de Williamson (1996) e Fey et al. (1998). O número de Strouhal seguiu a mesma tendência das correlações St-Re apresentadas pelos autores citados, sendo que os valores absolutos obtidos foram entre 6 e 8% superiores.Foram testados três valores da escala de turbulência (l) (respetivamente, 0.1D, D e 5D) para aferir se este parâmetro altera os resultados, e confirmou-se que tal não acontecia.Nos regimes subcrítico (Re=105) e crítico (Re=2x105), os resultados apresentaram algumas discrepâncias, divergindo bastante relativamente aos valores experimentais de Achenbach (1968) e Schewe (1983), influenciados pelo valor do ângulo de separação obtido, que é superior ao apresentado na literatura.No regime supercritico (Re=5x105), os resultados mostraram boa concordância com os da literatura, em que os erros mínimos em comparação com os dados experimentais para CD, CL e St foram de 2%, 1% e 3,75% respetivamente, enquanto que o ângulo de separação foi idêntico ao valor apresentado na literatura.

A CFD study was carried out, using OpenFOAM®, of the flow around circular cylinders in which Re varied between 80 and 5x105, with a laminar state solver in 80 <Re <300, and with the k-ω SST turbulence model employed at 200 <Re <5x105. The relevant parameters for this study were the mean drag coefficient (CD), the root mean square of the lift coefficient (CL), the Strouhal number (St) and the separation angle (θs). In the laminar vortex shedding regime (80 <Re <300), the results obtained were in good agreement with those of Williamson (1996) and Fey et al. (1998). The Strouhal number followed the same trend, as the correlations with Re of the authors mentioned, while the absolute values were obtained between 6 and 8% higher.Three values of the turbulence length scale (l) (0.1D, D and 5D) were tested to determine whether this parameter changes the relevant flow properties, and it was confirmed that this does not happen.In the subcritical (Re = 105) and critical (Re = 2x105) regimes, the results were poor, diverging significantly from the experimental measurements of Achenbach (1968) and Schewe (1983), influenced by the obtained value for the separation angle, which was higher than the one in data of the literature.In the supercritical regime (Re = 5x105), the results were in good agreement with the literature, with minimal errors of 2%, 1% and 3,75% for the mean drag coefficient (CD), root mean square of the lift coefficient and St, respectively, while the obtained separation angle was identical to the one in the literature.