Algoritmo para automatização da geração de malha e simulação do escoamento em torno de cilindros tandem com uso de ferramentas de código livre

Abstract

Os fenômenos associados à geração de arrasto em cilindros em tandem são encontrados em diferentes aplicações de engenharia como plataformas offshore na indústria oceânica, ou trens de pouso de aeronaves. Simulações em mecânica dos fluidos computacional são utilizadas no projeto de tais sistemas e a etapa de geração de malha é crucial para a qualidade dos resultados obtidos. Tendo em vista sua otimização, é proposto um algoritmo para geração automatizada da geometria e malha, utilizando ferramentas de código aberto, como o OpenFOAM e o snappyHexMesh. Critérios de qualidade são estabelecidos e estudos de refino de malha na esteira dos cilindros e na região da camada limite são conduzidos, assim como a análise da influência da largura do domínio nos resultados. Tais análises visam buscar uma solução de compromisso entre acurácia e custo computacional. Para fins de validação, os resultados são confrontados com dados experimentais da literatura para os coeficientes de arrasto, pressão e perfis de velocidade na esteira. Pode-se concluir que, apesar das limitações, foram obtidos resultados próximos aos experimentais. Desta forma o modelo apresentado mostra-se uma boa ferramenta para análises iniciais durante o projeto de sistemas de engenharia.

The phenomena associated with the generation of drag on tandem cylinders are found in different engineering applications such as offshore platforms in the naval industry, or aircraft landing gear. Simulations in computational fluid mechanics are used in the design of such systems and the mesh generation step is crucial for the quality of the obtained results. In view of optimization it, an algorithm for automated generation of geometry and mesh is proposed, using open-source tools, such as OpenFOAM and snappyHexMesh. Quality criteria are adopted and mesh refinement studies in the cylinder wake and in the boundary layer region are controlled, as well as the analysis of the influence of the domain width on the results. Such analyses aim to find a compromise between accuracy and computational cost. For validation purposes, the results are compared with experimental data from the literature for drag coefficients, pressure and velocity profiles in the wake region. It can be concluded that, despite the limitations, results close to the experimental ones were obtained. In this way, the presented model proves to be a good tool for initial analysis during the design of engineering systems.