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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Estudo da transição laminar-turbulenta utilizando CFD
Authors: Schuster, Jean Jonathan
metadata.dc.creator: Schuster, Jean Jonathan
metadata.dc.contributor.advisor1: Costa, Felipe Denardin
metadata.dc.description.resumo: Em mecânica de fluidos camada limite é a região de um escoamento que sente a influência direta da presença de uma superfície limítrofe. Este conceito também pode ser aplicado a escoamentos atmosféricos. O escoamento na camada limite atmosférica (CLA) é predominantemente turbulento, todavia, logo após o ocaso, a incidência de radiação proveniente do Sol cessa e a superfície passa a se resfriar através da emissão de radiação de onda longa. Consequentemente, a camada de ar adjacente a superfície também é resfriada, dando origem a uma camada limite estratificada (CLE) termicamente. Na CLE a produção de turbulência é predominantemente mecânica, sendo que em noites com forte estratificação, geralmente noites de céu claro, vento fraco e com grande perda radiativa, a atividade turbulenta é reduzida em várias ordens de grandeza, porém podendo ressurgir abruptamente de forma imprevisível no tempo e no espaço. A modelagem numérica do escoamento nestas condições é uma tarefa muito difícil, a maioria dos modelos presentes na literatura não consegue representar o comportamento imprevisível do escoamento. Trabalhos recentes sugerem que este problema pode estar relacionado com a forma que as difusividades de momentum e calor são prescritas na CLE e estão relacionadas entre si. Geralmente, o coeficiente de difusão de momentum é estimado através de uma equação prognóstica e o coeficiente de difusão de calor é calculado a partir da mesma, levando em conta o número de Prandtl turbulento (Prt) do escoamento. Diversas análises mostram que o Prt é praticamente constante e próximo de uma unidade, em condições de fraca estabilidade atmosférica, o que é utilizado pela maioria dos modelos atmosféricos descritos na literatura. Entretanto, trabalhos recentes sugerem dois regimes distintos na dependência de Prt com a estabilidade atmosférica, indicando forte dependência entre os mesmos. Desta forma, este trabalho visa o desenvolvimento de um experimento numérico para o estudo da transição laminar-turbulenta, utilizando um software livre de fluidodinâmica computacional onde a estratificação superficial será desconsiderada, pois neste estágio apenas interessa as dimensões do domínio utilizado, a velocidade mínima para que ocorra a transição entre os escoamentos e como essa transição afeta a difusão de momentum e energia na forma de calor no escoamento.
Abstract: In fluid mechanics the boundary layer is the region of the flow that senses a direct influence by the presence of the limiting surface. This concept can be also applied for an atmospheric flow. The flow on the atmospheric boundary layer is predominantly turbulent, however, after the sunset, the radiation incidence caused by the sun cease and the surface starts to be cooled down by a longwave radiation emission. Therefore, an adjacent air layer is also cooled down, resulting in a thermally stratified boundary layer. On this stratified boundary layer the turbulence is predominantly mechanic, in night with strong stratification, usually night with a clean sky, weak wind and big radioactive loss, the turbulence activity decreases by several orders of magnitude, but may reappearing abruptly and unpredictably in time and space. A numeric model of a flow in these conditions is a very hard task, the most model in the existing literature cannot describe the unpredictable behavior of the flow. Resent research suggests that this problem can be caused by the way that the diffusivity of the eat and momentum are described on the stratified boundary layer and are related to each other. Usually, the momentum diffusivity coefficient is estimated by a prognostic equation and the eat diffusivity can be obtained with the results of this equation, taking into consideration the turbulent Prandtl number of the flow. Many analyses show that the Prandtl number is virtually constant and close to the unity, in weak atmospheric stability, what is utilized by the most existing atmospheric models. However, recent researches suggest two distinct regimes that depend of the Prandtl number with the atmospheric stability, indicating strong dependence with each other. This way, this work aims the development of a numeric experiment to the study of the laminar-turbulent transition, using a computational fluid dynamic shareware where the surface stratification will be ignored, because in this stage of the work the only interest is the surface dimensions of the domain utilized, the minimum velocity to the flow transition to occur and how this transition affects the momentum and eat energy diffusivity on the flow.
Keywords: Mechanical Engineering
Fluid mechanics
Atmospheric boundary layer
Publisher: Universidade Federal do Pampa
metadata.dc.rights: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://hdl.handle.net/riu/927
Issue Date: 9-Jul-2015
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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