EM974 – Métodos Computacionais em
Engenharia Térmica e Ambiental
Estudo do escoamento supersônico
em um bocal convergentedivergente
Eduardo Moraes Coraça
Bruno Balestrini
Vinicius Dias de Lima
RA 120877
RA 105892
RA 084650
Introdução
• Bocais são componentes utilizados para acelerar
escoamentos de velocidades subsônicas a supersônicas;
• Grande aplicabilidade na Engenharia Mecânica,
principalmente na área de propulsão;
Objetivos
• Simular o escoamento em um bocal com o software
Phoenics, variando as pressões na saída;
• Calcular a posição do choque;
• Comparar valores numéricos da simulação com valores
obtidos através de expressões analíticas;
Solução Analítica
• Para velocidades baixas (M<1), o escoamento é isentrópico;
• Para M>1, inversão da característica do escoamento;
• Portanto, deve haver uma descontinuidade que compense a
variação de entropia;
Solução Analítica
• A posição do choque é obtida pela área em que ocorre e,
como se conhece a geometria, a área é uma função apenas
da posição. Logo, o escoamento é tratado como
unidimensional;
• Para a simulação, foi utilizado um bocal padrão ASTAR:
Solução Analítica
• A resolução das equações de conservação é muito
complicada, logo utiliza-se as seguintes relações:
Solução no Phoenics
• Foi utilizada uma malha BFC, unidimensional;
Malha BFC
Nz = 700
1 frame
Seção retangular
Modelos
Laminar
GCV-elíptico
Escoamento Compressível
Solução no Phoenics
𝑷𝒔𝒂í𝒅𝒂 = 𝟗, 𝟖 𝒃𝒂𝒓
Para as demais 𝑷𝒔𝒂í𝒅𝒂
V = 29.39139 m/s
V = 46,38075 m/s
P = 9,973613 bar
P = 9,930487 bar
T = 569,5699 K
T = 568,8623 K
Propriedades
Ar como gás ideal
𝑇0 = 570 K
𝑃0 = 10 𝑏𝑎𝑟
Solução no Phoenics
Parâmetros da Solução Numérica
Máximo de 6000 iterações
Critério de convergência global: 2%
Comparação das Soluções
Conclusão
• Como pode ser visto através das comparações, os resultados
numéricos estão de acordo com os analíticos;
• Isso indica que o PHOENICS pode simular com boa precisão o
escoamento adiabático e compressível;
• Com uma malha ainda mais refinada pode-se conseguir
maior precisão dos resultados. Portanto, para trabalhos
futuros, podem ser utilizadas outras malhas e outros pacotes
CFD para comparação.