Modelagem do escoamento de gás ao redor de uma placa em um amplo intervalo de rarefação do gás e número de Mach no contexto de um modelo cinético para a equação de Boltzmann

• Processo: 24/00022-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 27 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 23 de julho de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
• Pesquisador responsável: Denize Kalempa
• Beneficiário: Juan Felipe Cardoso Elias
• Supervisor: Irina Graur
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de Lorena (EEL). Universidade de São Paulo (USP). Lorena , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Aix-Marseille Université (AMU), França
• Vinculado à bolsa: 22/10551-3 - Cálculo dos coeficientes de arrasto e sustentação em uma placa imersa em um gás no regime de moléculas livres., BP.IC
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Coeficiente de arrasto | Equação de Boltzmann | escoamento subsônico | gás rarefeito | interação gás-superfície | número de Knudsen | supersônico | transônico | Dinâmica de gases rarefeitos

Resumo

O objetivo do presente trabalho é a modelagem numérica do escoamento de gás ao redor de uma placa plana com ângulo de ataque zero com base no modelo cinético proposto por Bhatnagar, Gross e Krook para a equação não-linear de Boltzmann. A influência da interação gás-superfície na solução do problema será analisada usando o núcleo de espalhamento proposto por Cercignani e Lampis, o qual permite a escolha de dois coeficientes de acomodação das moléculas gasosas na superfície, especificamente um coeficiente de acomodação de momentum tangencial e outro de energia. O método de velocidades discretas será utilizado para a solução numérica do problema proposto. Para contornar o problema numérico inerente a descontinuidade da função de distribuição de velocidades moleculares nas proximidades das bordas da placa (leading and trailing edges), um esquema numérico proposto pela Prof. Irina Graur e seu grupo, baseado no método TVD (Total Variation Diminishing) será implementado no código numérico. A técnica tem a vantagem de permitir a solução do problema no regime não-estacionário e, então, obter a solução estacionária como um caso limite. Como resultados, o coeficiente de arrasto na placa e os campos de escoamento ao redor da placa serão calculados numericamente em um amplo intervalo de número de Knudsen e número de Mach. Alguns resultados serão comparados com dados disponíveis na literatura. A etapa de comparação será feita com dados obtidos via método de Monte Carlo visando analisar o intervalo de número de Mach para o qual o método de Monte Carlo é valido (geralmente os dados da literatura se restringem aos regimes supersônico e hipersônico devido a restrições do método de Monte Carlo). A escolha de pares de coeficientes de acomodação permitirá analisar a influência da interação gás-superfície na solução do problema e discutir as peculiaridades inerentes ao escoamento rarefeito.