Dissertação

{en_GB=Direct Numerical Simulation of Turbulent Planar Jets with Polymer Additives} {} EVALUATED

{pt=Neste trabalho foram efetuadas simulações numéricas diretas (DNS) do jato espacial plano turbulento com moléculas poliméricas para estudar o mecanismo de interação do polímero no avanço do escoamento do jato. Estas simulações foram conseguidas com a implemtanção do modelo numérico de fluido visco-elástico, representado pelo modelo constitutivo reológico FENE-P. O modelo numérico para a equação de transporte do tensor de conformação foi adaptado às condições de fronteira não periódicas do escoamento, não estando presente na literatura referências ao caso em estudo. Na concretização deste, foi tido em conta o desempenho computacional da simulação, para o qual se implementou um mecanismo de células fantasma por forma a reduzir o tempo de computação. O algoritmo desenvolvido foi alvo de uma extensa verificação numérica, de forma a garantir a resolução correta das equações governantes para o escoamento com moléculas de polímero diluídas. O algoritmo é testado em simulações numéricas diretas com variação das características físicas das moléculas do polímero, nomeadamente a concentração polimérica e tempo de relaxação. Os resultados permitiram observer um decréscimo da espessura do jato com a presença de fluido visco-elástico, assim como uma redução da dissipação da energia viscosa. De notar que o algoritmo implementado representa um enorme progresso nas simulações numéricas de escoamento viscoelástico turbulento de jatos espaciais, fornecendo os primeiros resultados numéricos em estudos do género., en=In this study it was performed Direct Numerical Simulations (DNS) of a spatial turbulent planar jet with polymer additives to further understand the mechanism of polymer interaction on jet flows. These simulations were achieved with the implementation of the visco-elastic fluid numerical model, represented by the rheological constitutive FENE-P model. The numerical model for the conformation tensor transport equation was adapted for the non-periodic boundary conditions of the flow, for which no references are present in the literature. The development of the numerical algorithm took into consideration the computational performance of the simulations, in which it was implement a ghost cell mechanism to decrease the computation time. The developed algorithm has been extensively verified to ensure the correct resolution of the governing equations for turbulent jet flow with polymer additives. The numerical model was tested in direct numerical simulation for different polymer molecules physical characteristics, namely the polymeric concentration and the relaxation time. The observed results verified a decrease in the jet width on the presence of a visco-elastic flow, together with a decrease of the viscous energy dissipation rate. It should be noted that the implemented numerical model represents a major progress on the numerical simulations of turbulent spatial jet flow with polymer additives, providing the first numerical results for this kind of study.}
{pt=Turbulência visco-elástica, DNS, FENE-P, Jato plano turbulento espacial, en=Visco-elastic turbulence, DNS, FENE-P, Spatial turbulent planar jet}

Novembro 26, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Carlos Frederico Neves Bettencourt da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado