Avaliação computacional do fluxo de um gás compressível em um bocal convergente.

Abstract

Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de operação do escoamento de um fluido compressível em um bocal convergente, utilizando análise computacional. Foram estabelecidos os parâmetros iniciais (velocidade, pressão e temperatura) referentes a entrada do fluido no dispositivo. Realizou-se uma análise termodinâmica do escoamento por meio do software Microsoft Excel®, sendo avaliados o número de Mach, a velocidade, a pressão, a temperatura e a massa específica do fluido, tal análise é fundamentada na teoria de escoamento isentrópico de um gás ideal em bocais. Posteriormente, realizou-se uma análise computacional, em que um protótipo do bocal convergente foi modelado no software SolidWorks® e importado para o software ANSYS Fluent®, seguindo a sequência de etapas do estudo da fluidodinâmica computacional. Os resultados da análise termodinâmica, bem como da análise fluidodinâmica, demonstram que à medida que ocorre o estreitamento do bocal, a velocidade do fluido aumenta até o limite do número de Mach (estabelecido inicialmente como 0,91), enquanto a pressão, a temperatura e a massa específica do fluido diminuem. Estes dados são condizentes com o que traz a literatura acerca do comportamento das propriedades do escoamento isentrópico em bocais. Conclui-se que em relação aos valores iniciais, a velocidade do escoamento apresentou um aumento expressivo, evidenciando a capacidade do bocal convergente analisado nesta pesquisa na aceleração do fluido. Esta situação é precursora de diversas aplicações, tal como utilizar o escoamento acelerado pelo bocal para movimentar uma turbina acoplada a um gerador elétrico com o intuito de produzir potência elétrica, beneficiando setores da indústria.