Simulação numérica e experimental de escoamentos turbulentos em torno de obstáculos

Abstract

Apresenta-se, enquadrado na área da Engenharia do Vento, um estudo numérico e experimental de escoamentos turbulentos de ar em torno de obstáculos, tendo em vista a caracterização do campo de escoamento em torno de edifícios para estudos de conforto de transeuntes. A simulação numérica é conseguida pela resolução das equações de conservação da quantidade de movimento e da continuidade, escritas na sua forma para regime permanente. A discretização das equações diferenciais é feita com base na formulação para volumes finitos. O acoplamento entre as equações de conservação de quantidade de movimento e massa é feito através do algoritmo SIMPLEC. São avaliados comparativamente o esquema híbrido e dois esquemas de discretização dos termos convectivos de ordem superior. A simulação da turbulência é avaliada com base em cinco modelos de duas equações de transporte, usando como casos teste o escoamento em torno de um cubo isolado assente sobre uma superfície, para dois ângulos de incidência, e outros casos envolvendo um obstáculo de secção quadrada, com diferentes relações altura/largura, assente na superfície inferior de um canal, bem como um conjunto de várias edificações. Constata-se que o modelo k-e RNG apresenta resultados que mostram uma melhor concordância com os valores experimentais, sobretudo para situações com zonas de recirculação. O modelo desenvolvido é aplicado a um caso real, simulando-se a Área Internacional Sul do recinto da EXPO'98, comparando-se os resultados numéricos com medições feitas no local e com valores experimentais da simulação em túnel de vento, num modelo à escala 1 : 175. A comparação entre os resultados numéricos e os experimentais mostra que o modelo computacional desenvolvido é capaz de prever de forma correcta as principais características do escoamento mesmo para a geometria complexa estudada, evidenciando as suas potencialidades para estudos de escoamentos em ambientes urbanos.