FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL (CFD)

            UNIVERSIDADE CATÓLICA DE PERNAMBUCO[pic 1]

             CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT

           GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

KAMYLLA ALEXANDRE LEITE DOS SANTOS

REVISÃO DA LITERATURA: FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL (CFD)

RECIFE

2014

Kamylla Alexandre Leite dos Santos

Revisão da Literatura: Fluidodinâmica Computacional (CFD)

Pesquisa apresentada à disciplina de Modelagem e Simulação de Processos, do Curso de Graduação em Engenharia Química da Universidade Católica de Pernambuco como pré-requisito de avaliação.

Docente:

Prof. Dr. Wagner Vasconcelos

                                                                       RECIFE

                                                                         2014

LISTA DE FIGURAS E TABELAS

Figura 1 - Célula em torno de um ponto.

Figura 2 - Malha estruturada(a), não estruturada(b) e híbrida(c).

Tabela 1 - Valores das constantes empíricas do modelo k-ε padrão.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CAD – Desenho por Auxílio de Computador.

CFD – Fluidodinâmica Computacional.

MDF – Método das Diferenças Finitas.

MEF – Método dos Elementos Finitos.

MVF – Método dos Volumes Finitos.

RNG – Teoria de Renormalização por Grupos.

SST – Modelo Shear Stress Transfer.

LISTA DE SÍMBOLOS E OPERADORES

∇ -  Operador Gradiente.

∇• - Operador Divergente.

Δ - Diferença de uma Variável.

∂ -  Derivada Parcial.

LETRAS GREGAS

ε – dissipação Turbulenta;

κ – energia cinética Turbulenta;

λ – condutividade térmica;

ρ – massa especifica;

υ- coeficiente estequiométrico;

φ – razão equivalente;

---

μ – Viscosidade;

μeff – viscosidade efetiva de turbilhões;

μt – viscosidade turbulenta;

σ – constante de Stefan-Bolztmann;

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS E TABELAS	ii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS	ii
LISTA DE SÍMBOLOS E OPERADORES	ii
LETRAS GREGAS	ii
1. INTRODUÇÃO	5
2. FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL	6
2.1 Métodos Numéricos	6
2.2 CFD	9
2.3 Processo de Modelagem	10
2.3.1 Geração da geometria	11
2.3.2 Geração de malha	11
2.3.3 Pré-processamento	13
2.3.4 Solução Numérica (Solver)	13
2.3.5 Pós-Processamento	14
2.4  Modelagem Matemática	14
2.5 Modelos de Turbulência	15
2.5.1 Modelo κ-ε	16
2.5.2 Modelo SST	17
2.5.3 Modelo RNG κ-ε	19
3. REFERÊNCIAS	22

1. INTRODUÇÃO

A Fluidodinâmica Computacional (CFD) pode ser descrita de forma generalizada como a simulação numérica de todos aqueles processos físicos e/ou físico-químicos que apresentam escoamento. Em muitas indústrias, os produtos estão relacionados diretamente com a Dinâmica dos Fluidos e se investe grandes quantidades de recursos para desenvolver novas tecnologias na área, contudo o investimento para a obtenção de resultados experimentais é muito dispendioso, e, devido a isto, vem se investindo muito em modelagem matemática e simulação numérica para obtenção destes resultados (PIAIA, 2009).

Esta metodologia é relativamente barata e gera resultados muito satisfatórios. Sua metodologia se baseia nas equações fundamentais dos fenômenos de transporte: balanço de massa, energia e momento. Partindo daí são criados modelos matemáticos, e a partir deles, geralmente um sistema de equações diferenciais parciais ou ordinárias, estas equações, quando submetidas a condições de contorno e iniciais apropriadas, representam, matematicamente, um problema particular (SHAMES, 1973).

A expressão, em inglês, ‘‘Computational Fluid Dynamics’’ ou CFD, pode ser traduzida como Fluidodinâmica Computacional, e trata da simulação numérica de todos aqueles processos físicos e/ou físico-químicos que apresentam escoamento. Aplicando princípios de conservação (Massa, Quantidade de Movimento e Energia), no domínio do espaço e do tempo, pode-se obter campos de concentração, velocidades, pressão, temperaturas, propriedades turbulentas e outras (DECKER, 2003). Porém, para aplicar a simulação numérica utilizando um processador computacional, deve ter domínio da parte de fenômenos de transporte, dessa forma os resultados obtidos serão condizentes com o problema físico real (DECKER, 2003). Desse modo, a disciplina Modelagem e Simulação de Processos visa com esta pesquisa o conhecimento geral da Fluidodinâmica Computacional para ampliação de técnicas e ferramentas auxiliares para o engenheiro químico que está sendo formado.

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