Estudo numérico do efeito da razão de bloqueio em um escoamento laminar ao redor de um cilindro usando método lattice-Boltzmann

Abstract

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo numérico da influência da razão de bloqueio nos coeficientes de arrasto e sustentação e no número de Strouhal de um escoamento laminar entre placas planas ao redor de um corpo cilíndrico. O método numérico utilizado para obtenção dos campos fluidodinâmicos dos escoamentos foi o método de lattice Boltzmann. Diferentes casos foram simulados em dependência com o número de Reynolds (entre 20 e 90), para diferentes razões de bloqueio: 0,4, 0,5 e 0,6. Os resultados obtidos com as simulações demonstram que a razão de bloqueio aumenta os valores do coeficiente de arrasto, do número de Reynolds crítico para transição do regime permanente para o regime de desprendimento de vórtices periódico, e que retardam a convergência para o estado de desprendimento de vórtice periódico. Em seguida, os dados obtidos foram utilizados juntamente com o caso da literatura para escoamento livre para se determinar uma expressão simplificativa para o coeficiente de arrasto em função do número de Reynolds e da razão de bloqueio.

This work aims to perform a numerical study of the influence of the blockage ratio on the drag and lift coefficient and Strouhal number, for a laminar flow between flat plates around a cylindrical body. The numerical method used to obtain the pressure and velocity field was the lattice Boltzmann method. In order to compare the results flow with Reynolds number of 20, 40, 60, 75 and 90 were simulated for three different blockage ratios, 0,4, 0,5 and 0,6. The results obtained with the simulations show that the blockage ratio increases the drag coefficient, the critical Reynolds number to the transition of the steady state to the periodic vortex shedding state, and that it delays the convergence to the periodic vortex shedding state. Next the drag coefficient results obtained from the simulations with different Reynolds number and blockage ratios were used to extrapolate the influence of the blockage ratios tending to zero in the drag coefficient.