Contribuição para a validação do código numérico OpenFOAM em escoamentos com superfície livre

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Pretendeu-se com este trabalho explorar o potencial do código numérico OpenFOAM, no estudo de problemas de aerodinâmica e hidrodinâmica. Na parte da aerodinâmica estudou-se o caso do escoamento bidimensional estacionário no interior de uma cavidade utilizando o simpleFoam; os erros iterativo e de convergência, foram calculados e posteriormente comparados com os resultados obtidos por outros códigos numéricos. Foi simulado o escoamento bidimensional não estacionário em torno de uma placa plana perpendicular ao escoamento, utilizando o icoFoam; foram testadas malhas diferentes e comparou-se a solução com dados numéricos e experimentais obtidos por outros autores. Na hidrodinâmica simulou-se o caso da instabilidade de Rayleigh-Taylor e o caso de referência do colapso de uma coluna de água com e sem obstáculo, para validação do código numérico interFoam em escoamentos bifásicos. A geração de ondas abordou-se de duas formas, com a waves2Foam toolbox e com a biblioteca groovyBC que permite aplicar valores de fronteira que correspondem às equações da teoria linear das ondas. Primeiro testou-se a ferramenta de geração de ondas waves2Foam num canal bidimensional sem obstáculos, para compreender o seu funcionamento; depois simulou-se um escoamento bidimensional no mesmo canal mas com um cilindro horizontal submerso, utilizando a waves2Foam toolbox e a biblioteca groovyBC; validaram-se os resultados com os dados experimentais e de outros códigos numéricos. O dispositivo de aproveitamento da energia das ondas do tipo coluna de água oscilante (DAEO-CAO) foi simulado utilizando a ferramenta waves2Foam; o domínio físico consiste num canal tridimensional que possui um cilindro oco colocado verticalmente e que se encontra parcialmente submerso. O caso foi corrido posteriormente com a introdução de uma perda de carga no topo do DAEO-CAO, utilizando a biblioteca groovyBC, para simular a presença de uma turbina do tipo Wells. Validaram-se os resultados por comparação com os dados obtidos experimentalmente e numericamente por outros autores.