Large-eddy simulation of an annular-sector duct rotating in parallel mode
In this research the turbulent flow within an annular-sector duct rotating about a parallel axis is numerically solved using large-eddy simulation (LES). The study is motivated by the lack of in-depth understanding of the interplay between rotation- and shear-induced phenomena over turbulence-relate...
| Autor principal: | Daroz, Vinicius |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Inglês |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2018
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3356 |
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riut-1-33562019-05-20T21:21:13Z Large-eddy simulation of an annular-sector duct rotating in parallel mode Simulação de grandes escalas de um duto com seção transversal em forma de um setor anular e rotação imposta de modo paralelo Daroz, Vinicius Franco, Admilson Teixeira http://lattes.cnpq.br/3561428456009236 Germer, Eduardo Matos Pitz, Diogo Berta http://lattes.cnpq.br/2932295996006714 http://lattes.cnpq.br/2236606130578302 Franco, Admilson Teixeira Negrão, Cezar Otaviano Ribeiro Deschamps, Cesar José Marchi, Carlos Henrique Cisalhamento Turbulência Escoamento Engenharia térmica Simulação em grande escala Engenharia mecânica Shear (Mechanics) Turbulence Runoff Heat engineering Large scale simulation Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica In this research the turbulent flow within an annular-sector duct rotating about a parallel axis is numerically solved using large-eddy simulation (LES). The study is motivated by the lack of in-depth understanding of the interplay between rotation- and shear-induced phenomena over turbulence-related quantities for a problem that has vast applicability in rotating machinery and internal cooling systems. As a first approach, the solution of the problem is performed with the aid of a commercial computational fluid dynamics (CFD) code. The numerical procedure and solution methodology were verified against reference solution data in order to grant reliability to the obtained results. The annular-sector problem was investigated by means of hydrodynamical and geometrical parameters. First, the swirl parameter, which represents the ratio of rotational to axial Reynolds number, was found to cause substantial change in the mean flow profiles and turbulent quantities. Interestingly, increasing rotation promotes a stabilising effect in the flow bulk region. On the other hand, rotation increases the overall friction factor. The duct apex angle effect was found to alter both primary and secondary motion patterns. The ratio of the inner to outer radius influence resembles that of the apex angle. Intriguingly, the friction factor presented a minimum point suggesting that an optimal hydrodynamical configuration may be obtained. No presente trabalho, o escoamento em regime turbulento através de um duto com seção transversal com formato de um setor anular, com rotação imposta ao redor de um eixo paralelo, é numericamente resolvido por meio da simulação das grandes escalas (Large-Eddy Simulation). O estudo é motivado pela falta de conhecimento do efeito competitivo entre fenômenos induzidos pela rotação e/ou cisalhamento sobre o campo médio de escoamento e quantidades turbulentas, para um problema que é vastamente empregado em máquinas de fluxo e sistemas de arrefecimento interno. Como uma primeira abordagem, a solução do problema é obtida através de um código comercial de dinâmica dos fluidos computacional (DFC). O procedimento numérico e metodologia de solução foram verificados com base em solução de referência encontradas na literatura, conferindo confiabilidade aos resultados obtidos. O problema do setor anular foi investigado por meio de parâmetros hidrodinâmicos e geométricos. Primeiramente, o parâmetro de swirl, que representa a razão entre os números de Reynolds rotacional a axial, causou alterações substanciais no campo médio e quantidades turbulentas. Curiosamente, aumentando-se a rotação leva a uma estabilização do escoamento na região central do duto. Por outro lado, o aumento da rotação aumenta o fator de atrito global. Em seguida, o efeito do ângulo do setor anular foi considerado. Sua modificação altera completamente o padrão dos escoamentos primário e secundário. Por último, a razão de raios do duto apresenta influência semelhante àquela do ângulo do setor anular. É intrigante, no entanto, que o fator de atrito apresentou um ponto mínimo, sugerindo que uma configuração ótima, hidrodinamicamente falando, pode ser encontrada. 2018-08-17T22:18:12Z 2018-08-17T22:18:12Z 2018-05-03 masterThesis DAROZ, Vinicius. Large-eddy simulation of an annular-sector duct rotating in parallel mode. 2018. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3356 eng openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Inglês |
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In this research the turbulent flow within an annular-sector duct rotating about a parallel axis is numerically solved using large-eddy simulation (LES). The study is motivated by the lack of in-depth understanding of the interplay between rotation- and shear-induced phenomena over turbulence-related quantities for a problem that has vast applicability in rotating machinery and internal cooling systems. As a first approach, the solution of the problem is performed with the aid of a commercial computational fluid dynamics (CFD) code. The numerical procedure and solution methodology were verified against reference solution data in order to grant reliability to the obtained results. The annular-sector problem was investigated by means of hydrodynamical and geometrical parameters. First, the swirl parameter, which represents the ratio of rotational to axial Reynolds number, was found to cause substantial change in the mean flow profiles and turbulent quantities. Interestingly, increasing rotation promotes a stabilising effect in the flow bulk region. On the other hand, rotation increases the overall friction factor. The duct apex angle effect was found to alter both primary and secondary motion patterns. The ratio of the inner to outer radius influence resembles that of the apex angle. Intriguingly, the friction factor presented a minimum point suggesting that an optimal hydrodynamical configuration may be obtained. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2018 |
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DAROZ, Vinicius. Large-eddy simulation of an annular-sector duct rotating in parallel mode. 2018. 126 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
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