VÁLVULA DE ADMISSÃO DE UM COMPRESSOR

Sumário

RESUMO 4

INTRODUÇÃO 5

OBJETIVO 6

MÉTODO 6

INDICAÇÃO DO DOMÍNIO COMPUTACIONAL 7

CARACTERÍSTICAS DO ESCOAMENTO 8

O FLUIDO 8

MODELO DE TURBULÊNCIA 8

INDICAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONTORNO 9

ESTUDO DE DENSIDADE DA MALHA 10

GRÁFICO DE CONVERGÊNCIA DA SOLUÇÃO 11

MAPAS DE CORES PARA VELOCIDADE, PRESSÃO E DENSIDADE 12

LINHAS DE CORRENTE DO ESCOAMENTO 13

GRÁFICO DE NÚMERO DE MACH 14

CONCLUSÃO 15

RESUMO

Este trabalho visa estudar o escoamento do ar através de uma válvula de compressor em condições de aberturar total. Para esta análise foi utilizado o software comercial ANSYS CFX.

Foram utilizados dados experimentas fornecidos a partir da divisão de grupos realizada em sala de aula. Cada grupo composto de seis integrantes, recebeu através da ferramenta Moodle, dados iniciais de análise.

O estudo foi realizado em etapas distintas de acordo com o cronograma fornecido junto ao material inicial, composto de desenho, datas e dados iniciais. Semanalmente foi realizado vistas pelo Professor da disciplina em pro do andamento e monitoramento do estudo.

A elaboração deste relatório, deve satisfazer as condições mínimas de aceitação impostas pelo professor da disciplina, e como foco, responder dados utilizados na simulação, tais como indicação do domínio computacional, características do escoamento, do fluído e modelo de turbulência adotado.

 

INTRODUÇÃO

Os compressores de ar são máquinas que trabalham para elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão exigida para realização de uma função ou trabalho. A válvula de admissão é um dispositivo presente na maioria dos compressores de ar, que permite ou não a passagem do ar.

Com a finalidade de melhorar aspectos econômicos e ambientais, pesquisadores começaram a usar ferramentas da fluído dinâmica computacional (CFD) no estudo dos processos que são influenciados pela velocidade e tipo de escoamento na admissão do fluido. Conseguindo bons resultados e reduzindo os custos de desenvolvimento e pesquisa.

Este trabalho teve como objetivo, modelar o escoamento de um fluido incompressível através das válvulas de admissão, que são elementos encontrados nos compressores de ar assim como sua perda de carga.

 

OBJETIVO

O objetivo deste trabalho foi estudar o escoamento de um fluido incompressível na passagem por um modelo simplificado de válvula de admissão, através do emprego de técnica de simulação numérica computacional.

MÉTODO

O método aplicado para o estudo consistiu em construir um modelo geométrico em CAD para o elemento estudado (válvula de admissão de um compressor de ar) usando a ferramenta INVENTOR da empresa AUTODESK. Construir uma malha de cálculo para a análise numérica utilizando a ferramenta ANSYS CFD. Definir as condições iniciais e de contorno da simulação para o caso de escoamento de admissão. Resolver as equações do modelo usando a ferramenta ANSYS CFX, e intervindo no processo de convergência quando necessário para garantir que o máximo resíduo seja inferior a 1%.

 

INDICAÇÃO DO DOMÍNIO COMPUTACIONAL

Ao ser realizado um estudo em métodos finitos, é possível a escolha do domínio por pontos de uma grade ou células. Essa escolha de processo gera três tipos de malha: a estruturada, a não estruturada e a híbrida. A escolha deve levar em conta a física envolvida na resolução do problema.

No estudo da admissão da válvula, foi aplicado o modelo de grade híbrida, que apresenta uma mescla de células retangulares e triangulares no 2D. A malha gerada, teve como limitante o poder de processamento de nossa máquina. Mas, o sistema escolhido, apesar de conter um número limitado de pontos e células, foi suficiente para resolução do problema físico.

A malha formada por elementos triangulares e retangulares, foi refinada nas regiões em que o escoamento apresentou maiores variações. O número de elementos variou entre 200 mil e 400 mil, aproximadamente.

 

CARACTERÍSTICAS DO ESCOAMENTO

Ao se estudar a válvula de admissão com o fluido a uma velocidade de 17m/s obteve-se um escoamento turbulento com formação de vórtices na parte traseira do modelo, onde nota-se uma pressão negativa.

O FLUIDO

O modelo de turbulência k-ε foi empregado na simulação para condições de escoamento permanente e incompressível do fluido.

MODELO DE TURBULÊNCIA

Modelo k-ε

O modelo k-ε é comumente usado em simulações de escoamento com a obtenção de bons resultados. O modelo utiliza a viscosidade turbulenta é função da energia cinética turbulenta e dissipação para resolver as respectivas equações de transporte. A equação da energia cinética turbulenta é obtida das equações de Navier-Stokes e a equação de transporte da dissipação é semi-empírica baseada em suposições físicas do escoamento.

 

INDICAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONTORNO

As condições de contorno estão ligadas diretamente com as equações que regem o meio fluido (equação da conservação de massa, equação da conservação da quantidade de movimento, etc.). Assim, condições equivocadas podem levar a análises irreais.

As condições de entrada e condições de contorno são atribuídas