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.