Estudo numérico do escoamento entre cilindros dispostos lado a lado : efeito da interação entre esteiras nos coeficientes aerodinâmicos e no desprendimento de vórtices

Abstract

O presente trabalho visa abordar a interação entre esteiras formadas por um escoamento transversal sobre dois cilindros circulares paralelos dispostos lado a lado variando suas relações de espaçamento, p/d, bem como o número de Reynolds. Nesse trabalho p é dado como a distância entre os centros de dois cilindros e d é a diâmetros dos mesmos. As análises foram feitas em domínio computacional - 2D e 3D, usando um software Ansys CFX. Foram comparados os resultados para diferentes números de Reynolds e diferentes razões de espaçamento p/d. Foi adotado o método de discretização por volumes finitos (MFV) para realizar as simulações. Para este estudo foram simulados três números diferentes de Reynolds, Re = 200, 1000 e 3000 e duas razões de espaçamento p/d=1,50 e 2,00. Os resultados das simulações foram comparados a outros autores que utilizaram semelhantes números de Reynolds e configurações geométricas para avaliar esse problema. O número de Reynolds (Re) foi baseado no diâmetro dos cilindros (d), na velocidade da corrente livre do escoamento (U∞) e na viscosidade cinemática do fluido (ν). A razão de espaçamento (p/d) foi baseada na distância entre o centro dos cilindros (p) e no diâmetro dos cilindros (d). Para a avaliação dos resultados foi realizado uma abordagem URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes), sendo a turbulência modelada de forma isotrópica através do modelo de k-ω SST (Shear Stress Transport). Para ambas as razões de espaçamento e em diferentes números de Reynolds foi detectada a formação de esteiras assimétricas a jusante dos cilindros que se trocam de forma aleatória, isto evidencia o fenômeno este denominado biestabilidade. Foram observadas diferentes topologia de esteiras ao longo das simulações bem como a troca entre elas. Devido à natureza biestável do escoamento as flutuações nos coeficientes aerodinâmicos nos cilindros bem como flutuações nos campos de velocidade no escoamento. Logo, conforme a razão de espaçamento entre os cilindros aumentou os modos biestáveis torna-se mais duradouros e o número de trocas entre uma topologia de esteira e outra tende a diminuir. O número de trocas de topologias de esteira também diminuiu, ao passo que os coeficientes aerodinâmicos tiveram sua magnitude também decrescida.