ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA RESOLUÇÃO JUNTO À PAREDE NA SIMULAÇÃO DE UM MICROBURST DINÂMICO

Resumo

As grandes catástrofes acarretadas por consequência de eventos meteorológicos severos são desde muito tempo motivo de grande preocupação para a sociedade. O microburst é o fenômeno definido por uma coluna densa de ar frio que se forma devido a uma tempestade muito forte, com escala de duração entre 2 a 5 minutos e extensão lateral de até 4 km de propagação. Os fenômenos de microbursts são modelados, geralmente, utilizando técnicas experimentais ou simulações numéricas que utilizam fluidodinâmica computacional (do inglês Computational Fluid Dynamics CFD). Para simular as condições do escoamento atmosférico são utilizados modelos de turbulência que parametrizam a interação entre o fluído e a parede, que no caso é a superfície da Terra. Para que um modelo seja capaz de simular condições de turbulência extremamente fraca o primeiro ponto da malha deve ser colocado na subcamada viscosa (de preferência y⁺ = 1). Essa abordagem leva à exigência de um número pontos de malha abundante, o que diz respeito a que um recurso computacional muito elevado é necessário. Uma solução para esse problema é a utilização de uma função de parede que permite usar um y⁺ mais elevado. Diante disso, o presente trabalho tem por objetivo implementar numericamente um microburst em movimento utilizando uma malha dinâmica. Assim avaliando a dependência dos resultados com os valores de y+. Para realizar tal trabalho foi utilizado o OpenFoam 2.4.0, que é um software de CFD de código aberto. Para a simulação foram adotados baseados na literatura: diâmetro D = 1 m; o campo de análise por inteiro se dá através um prisma de 16D x 8D x 4D (C x L x A). O microburst se movimenta em um campo de menor tamanho, definido por outro prisma dentro do prima maior. As dimensões do prisma menor são: 8,25D x 2,25D x 2D (C x L x A). A velocidade inicial é de 47 m s⁻¹, e o passo de tempo da simulação é de 0,0005s e a escala de velocidade é de 1/10. Os resultados obtidos mostram que o microburst completa todo o seu movimento dentro dos parâmetros configurados; os vórtices se comportam de maneira semelhante aos eventos meteorológicos reais. Contudo quanto a utilização de valores menores de y⁺ o refinamento da malha é grande e isto se reflete em um poder computacional muito elevado o que pode comprometer a simulação. A utilização da função de parede proporciona o melhor desempenho, pois reduz o tempo computacional e leva a resultados finais semelhantes. Conclui-se que quando se trata uma optimização do tempo a melhor opção é investir na implementação das condições de parede. Futuramente, novos casos serão simulados e novas funções de parede serão implementadas procurando sempre aplicações tecnológicas que permitam a geração de perfis de velocidade que permitam a análise da interação do escoamento com estruturas delgadas, por exemplo.