Estudo numérico da influência da geometria de bocais convergente-divergente em escoamentos supersônicos - Berchon, Luciano da Silva (2016)
O comportamento do escoamento supersônico no interior de bocais convergente-divergente retangulares é investigado numericamente, comparando-se quatro bocais com diferentes seções divergentes, com a mesma razão de aspecto AR=1.14 e mesma relação áreas da saída e da garganta dos bocais NAR=1.43. Os bocais são submetidos a diferentes pressões de admissão do fluido de trabalho, mantendo-se a relação entre a pressão de admissão e de descarga constante NPR=5. As simulações consideram o escoamento em regime permanente, compressível, viscoso, com abordagem baseada na massa específica (abordagem acoplada) , juntamente com o modelo de turbulência − /SST. A qualidade dos resultados é medida empregando-se três níveis de refino da discretização do domínio computacional, observandose a ordem de convergência e o índice de convergência de malhas GCI. Os resultados numéricos mostram que o número de Mach e a temperatura do fluido de trabalho independem da pressão de admissão, ao contrário do comportamento da pressão local e da massa específica. As propriedades do escoamento são fortemente dependentes da variação da geometria, e a variação do ângulo da seção divergente provoca uma mudança direta do número de Mach e inversa da pressão, da temperatura e da massa específica do escoamento no interior dessa seção. As simulações são comparadas com os resultados da teoria isentrópica e mostram que a linha sônica é deslocada do centro geométrico da garganta dos bocais para cada geometria simulada. A comparação com a teoria e com dados experimentais mostra desvios inferiores a 6x10-3 %. O uso do modelo de turbulência − / SST é capaz de resolver o escoamento com boa precisão, prevendo bem seu perfil de velocidades, as ondas de expansão de Prandtl-Meyer, juntamente com as interações dessas ondas com a camada limite.