Interacção de um corpo cúbico assente numa superfície muito rugosa com uma camada limite turbulenta

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica na especialidade de Aerodinâmica pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

o presente estudo envolve essencialmente a geração, desenvolvimento e caracterização de camadas limites turbulentas espessas e a sua interacção com um modelo cúbico aquecido assente na superfície e imerso na camada limite, sendo o problema objecto de simulação experimental e numérica. O estudo insere-se num projecto de investigação de âmbito mais alargado, compreendendo a transferência de calor a partir de corpos prismáticos imersos em camadas limites turbulentas, e visa contribuir para a compreensão e previsão dos processos convectivos envolvidos neste domínio. O desenvolvimento do trabalho inicia-se com uma introdução de carácter genérico que versa a actualidade do problema em estudo, procurando enquadrá-lo no contexto da transferência de calor em camadas limites turbulentas. Procede-se também a uma revisão bibliográfica, citando-se as contribuições de carácter experimental ou numérico com maior significado e afinidade. Descrevem-se as técnicas experimentais adoptadas, nomeadamente a constituição da montagem experimental, a instrumentação dos modelos cúbicos utilizados e o equipamento de medição. A apresentação e discussão dos resultados desenvolve-se em três capítulos, obedecendo a uma metodologia comum: primeiro apresentam-se os conceitos e os fundamentos relevantes e, em seguida, procede-se à análise dos correspondentes resultados obtidos. Dedica-se um capítulo ao estudo do desenvolvimento da camada limite turbulenta no túnel aerodinâmico, em diferentes condições de rugosidade, relacionando-se as características geométricas da superfície rugosa com o desenvolvimento e a estrutura da camada limite obtida, em termos das suas principais características médias e turbulentas. No capítulo seguinte estuda-se a interacção da camada limite gerada com um cubo aquecido e assente no plano onde se inicia a camada limite, procurando analisar a influência da estrutura e orientação do escoamento de aproximação no processo de transferência de calor. Analisam-se situações que vão desde a convecção forçada à natural,dando especial atenção ao regime de convecção mista porque, apesar de importante, sobre ele existe muito pouca informação. São determinados os coeficientes de transferência de calor, estabelecendo correlações empíricas que integram os parâmetros adimensionais envolvidos no processo. Procede-se ainda à modelação das plumas térmicas verticais e inclinadas. Descreve-se sucintamente o modelo físico-matemático que integra o programa de cálculo automático utilizado na simulação numérica. Comparam-se resultados numéricos e experimentais, com o objectivo de salientar os méritos do programa, bem como algumas das suas limitações. Ao concluir: comentam-se os principais resultados obtidos, apontam-se as dificuldades encontradas, sugerindo possíveis vias para as ultrapassar, e salientam-se os aspectos que carecem de aprofundamento, numa perspectiva de desenvolvimento futuro.

Junta Nacional de Investigação Científica e Tecnológica