Contribuição para o estudo de escoamentos rotativos : análise do transporte de calor em condiçoes tridimensionais não axissimétricas

Abstract

Contribuir para um melhor conhecimento dos fenómenos físicos associados aos escoamentos rotativos não isotérmicos constitui o fundamento que levou à realização deste trabalho. Nele são desenvolvidas e exploradas metodologias experimentais e numéricas para o estudo de escoamentos rotativos com transferência de calor, em regime permanente, tridimensionais e nos regimes laminar e turbulento.Deste modo, é utilizado como referência um sistema de coordenadas cilíndricas tridimensionais, em que a não axissimetria do escoamento é forçosamente tomada em consideração. O fluido é considerado incompressível mas termicamente dilatável. A possível ocorrência de gradientes térmicos significativos em conjunto com a acção das forças centrífugas e das de Coriolis exige a não utilização da aproximação de Boussinesq. São apresentadas as questões teóricas relativas à representação matemática destes escoamentos. O transporte turbulento é modelado envolvendo a resolução de duas equações adicionais, uma para a energia cinética turbulenta (k) e outra para a sua taxa de dissipação (e). São formulados ajustamentos de modo a levar em conta a anisotropia da turbulência promovida pelos efeitos térmicos, de rotação e curvatura das linhas de corrente. É apresentado o tratamento numérico correspondente à modelação das equações diferenciais de conservação e respectivas condições de fronteira, que assenta no método das diferenças finitas baseado em volumes de controlo. É feita a descrição detalhada da instalação experimental construída para o efeito. Através de uma análise comparativa entre os resultados por ele produzidos e os medidos com a instalação experimental, é avaliada a eficácia do método numérico, são testadas as diversas versões do modelo de turbulência k-e e é feita uma análise global das soluções numéricas obtidas. Apresentam-se e analisam-se resultados experimentais e numéricos relativos a alguns escoamentos rotativos não isotérmicos.