[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo da interação entre um
jato supersônico e uma superfície plana, com o objetivo de
analisar o comportamento do campo de velocidade, pressão e
temperatura do escoamento. Este estudo encontra sua
motivação no processo de descamação térmica de rochas
duras, a qual pode resultar da iteração entre um jato a
alta pressão e temperatura e a rocha. Este processo, que
pode ser útil na perfuração de rochas duras e
profundas, ocorre devido ao acúmulo de tensões térmicas na
rocha, o qual pode acarretar sua fratura. Este tipo de
processo também envolve diversos mecanismos aerodinâmicos e
termodinâmicos, que são isoladamente fenômenos abertos. No
desenvolvimento deste trabalho o escoamento foi
modelado pelas equações de Navier - Stokes bidimensionais
para uma mistura de gases perfeitos em um sistema de
coordenadas cilíndrico. O modelo considerado para descrever
o transporte turbulento é o modelo de uma equação
de Spalart - Allmaras, o qual envolve a solução de uma
equação diferencial para a viscosidade turbulenta. Estas
equações são resolvidas utilizando-se uma metodologia de
volumes finitos adaptada a escoamentos compressíveis. A
descrição dos escoamentos transientes obtidos necessitou de
diversas modificações ao código computacional existente.
Estas modificações trataram, em particular, das condições
de contorno, que utilizam a noção de características, e do
modelo de turbulência. A estrutura do escoamento resultante
da interação entre o jato supersônico e a parede é estudada,
avaliando-se a influência (i) da distância entre a saída do
jato e a parede, (ii) da razão de pressões entre o jato e o
ambiente. Além disso, é examinada a evolução transiente do
escoamento. Os resultados obtidos são analisados com
vista a obter as melhores condições aerodinâmicas para o
processo de descamação térmica. / [en]
I in this work a study of the interaction between a
supersonic jet and a
planar surface is presented, with the aim to analyze the
behavior of the velocity,
pressure and temperature flowfield. This study finds its
motivation in the process
of thermal spallation of hard rocks, which may result from
the interaction between
a high pressure and high temperature jet and the rock. This
process, that can be
used in the drilling of hard and deep rocks, occurs due to
the accumulation of
thermal stresses in the rock, which can cause its fracture.
This type of process
also involves several aerodynamic and thermodynamic
mechanisms, which are
still open phenomena. In the development of this work the
flow was modeled by
the two-dimensional Navier-Stokes equation for a mixture of
perfect gases in a
cylindrical coordinates system. The model considered to
describe the turbulent
transport is the one equation of Spalart - Allmaras model,
which involves the
solution of a differential equation for the turbulent
viscosity. These equations are
solved using a finite volumes methodology which is adapted
to compressible
flows. The description of the obtained transient flow
required several
modifications in the existing computational code. These
modifications involved, in
particular, the choice of boundary conditions, that use the
notion of
characteristics, and the turbulence model. The structure of
the flow resulting from
the interaction between the supersonic jet and the wall is
studied. In particular,
are examined the influence (i) the distance between the jet
and wall, (II) of the
pressures ratio between the jet and the environment.
Moreover, the transient
evolution of the flow is examined. The obtained results are
examined to
determine the best aerodynamic conditions for the process
of thermal spallation
to occur.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:12412 |
| Date | 28 October 2008 |
| Creators | MARIA ANGELICA ACOSTA PEREZ |
| Contributors | LUIS FERNANDO FIGUEIRA DA SILVA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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