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Publicação
Perdas de energia em difusores
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Resumo(s)
Este trabalho investiga a perda de carga em difusores cónicos, analisando a influência do meio ângulo de abertura (θ) e do número de Reynolds (Re). Utilizou-se a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) através do software ANSYS Fluent, aplicando o modelo de turbulência SST k-omega. O coeficiente de perda singular (K) foi isolado subtraindo analiticamente as perdas por atrito distribuído. Os resultados evidenciam uma forte dualidade fenomenológica: no escoamento turbulento, corroborou-se que ângulos reduzidos (5° a 8°) minimizam as perdas, enquanto grandes aberturas induzem a separação da camada limite e recirculação caótica. Em contrapartida, no regime laminar, provou-se a completa inversão do ângulo ótimo. Devido ao domínio do atrito viscoso, os difusores longos de 5° são altamente penalizadores. Já em ângulos acentuados (ex: 40°), o fluido desliza sobre uma bolha de recirculação estacionária, atuando como um "rolamento líquido", o que mitiga a dissipação de energia. Observou-se ainda que, na iminência da transição (Re ≅ 1000), o coeficiente K torna-se constante e independente da geometria. Conclui-se que a otimização de difusores depende criticamente do balanço estrutural entre forças inerciais e viscosas.
This work investigates head loss in conical diffusers by analyzing the influence of the divergence angle (θ) and Reynolds number (Re). Computational Fluid Dynamics (CFD) was employed using ANSYS Fluent, applying the SST k-omega turbulence model. The singular loss coefficient (K) was isolated by analytically subtracting distributed friction losses. Results show a strong phenomenological duality: in turbulent flow, small angles (5° to 8°) minimize losses, while wide openings induce boundary layer separation and chaotic recirculation. Conversely, the laminar regime reveals a complete inversion of the optimum angle concept. Due to dominant viscous friction, long 5° diffusers are highly penalizing. In steep angles (e.g., 40°), the fluid glides over a stationary recirculation bubble, acting as a "liquid bearing", which mitigates energy dissipation. Furthermore, at the transition threshold (Re≅1000), the coefficient K becomes constant and independent of the geometry. The study concludes that diffuser optimization criteria depend critically on the balance between inertial and viscous forces.
This work investigates head loss in conical diffusers by analyzing the influence of the divergence angle (θ) and Reynolds number (Re). Computational Fluid Dynamics (CFD) was employed using ANSYS Fluent, applying the SST k-omega turbulence model. The singular loss coefficient (K) was isolated by analytically subtracting distributed friction losses. Results show a strong phenomenological duality: in turbulent flow, small angles (5° to 8°) minimize losses, while wide openings induce boundary layer separation and chaotic recirculation. Conversely, the laminar regime reveals a complete inversion of the optimum angle concept. Due to dominant viscous friction, long 5° diffusers are highly penalizing. In steep angles (e.g., 40°), the fluid glides over a stationary recirculation bubble, acting as a "liquid bearing", which mitigates energy dissipation. Furthermore, at the transition threshold (Re≅1000), the coefficient K becomes constant and independent of the geometry. The study concludes that diffuser optimization criteria depend critically on the balance between inertial and viscous forces.
Descrição
Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Palavras-chave
Dinâmica de fluidos computacional (CFD) Difusor cónico Perda de carga Camada limite Separação de escoamento