Análise aerodinâmica de um edifício por dinâmica dos fluídos computacional

Abstract

Este trabalho visa realizar a análise aerodinâmica de um edifício, por meio da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), com o intuito de averiguar a precisão dos resultados obtidos em comparação aos gerados por medições em escala real. A CFD é uma área em desenvolvimento e que a cada dia está ganhando mais espaço na Engenharia do Vento. Inicialmente, são apresentadas as equações de conservação a serem resolvidas, bem como o Método dos Volumes Finitos para solução numérica das mesmas. Diversos métodos numéricos são apresentados, incluindo, sempre que possível, suas vantagens, limitações e áreas de aplicação. Modelos de turbulência são introduzidos, bem como as limitações e vantagens deles. O edifício a ser calculado foi construído e instrumentado pela Universidade Texas Tech, nos Estados Unidos, a fim de gerar resultados em escala real e permitir que estudos comparativos, experimentais e numéricos, possam ser realizados. O número de Reynolds em função da altura do edifício é de 2,35x106. Os passos tomados para a realização das simulações estão descritos em detalhes, seguindo recomendações descritas na literatura. Foram feitos estudos paramétricos, visando a determinação das condições de contorno ideais. Uma análise de independência de malhas é feita para o caso permanente, usando a extrapolação de Richardson. Análises transientes são realizadas, com escoamento na entrada laminar e com geração de turbulência a partir de um método numérico. Os resultados obtidos com as simulações permanentes usando o modelo k- RNG se mostraram adequados e os coeficientes de pressão médios calculados foram muito próximos aos medidos em escala real. Foram realizadas análises transientes utilizando simulações de grandes escalas e o modelo de Smagorinsky. O desvio padrão do coeficiente de pressão se mostrou fortemente dependente de flutuações na velocidade na entrada do domínio. Limitações de tempo não permitiram estudos aprofundados de métodos para geração de turbulência na entrada. Estudos adicionais são sugeridos para realizá-los.