Estudo numérico do efeito de uma perturbação geométrica em escoamentos turbulentos

Resumo

Camadas limite vêm sendo estudadas há décadas e a pesquisa nesta área continua extremamente ativa, tanto experimentalmente quanto numericamente. Os avanços em técnicas experimentais e em poder computacional estão permitindo entender mais profundamente sobre as estruturas encontradas em tais escoamentos. Tanto em escoamentos encontrados na natureza como em escoamentos industriais, são comuns os casos onde uma pequena perturbação está presente na parede da geometria analisada, na forma de uma ondulação ou de um ressalto, perturbando a camada limite. Na natureza, alguns exemplos são o ar escoando em dunas no deserto, e escoamentos fluviais na presença de dunas e outras ondulações no leito do rio. Na indústria, exemplos estão relacionados aos escoamentos sobre aerofólios com formação de gelo, sedimentos acumulados em dutos fechados como em escoamentos de petróleo nas linhas de produção, e escoamentos em linhas de dragagem, entre outros. A perturbação da camada limite introduz novas escalas no problema, mudando a maneira na qual as velocidades e tensões estão distribuídas ao longo do escoamento. Estas mudanças nas distribuições de velocidades e tensões têm importância em muitas aplicações de engenharia. Assim, o estudo de uma camada limite turbulenta perturbada é de grande interesse prático e constitui um grande desafio científico. A investigação deste problema a partir de técnicas analíticas pode ser impraticável para problemas com perturbações de camadas limite arbitrárias. Investigações experimentais apresentam alto custo e são usualmente de difícil medição pois a região de interesse é muito próxima à parede. Neste projeto, pretende-se investigar os perfis de velocidade, distribuição de tensões de cisalhamento, balanços de transporte de energia cinética turbulenta e de tensões de Reynolds, espectros de velocidade e pressão, e correlações entre essas quantidades ao longo de um canal e na direção normal à parede. Simulações de grandes escalas serão aplicadas, juntamente com uma análise estatística, com o intuito de se investigar os efeitos de perturbações geométricas em camadas limite turbulentas. (AU)