Análise do escoamento multifásico ao redor de um navio quebra-gelo com o sistema de borbulhamento de ar

Abstract

O projeto Antártico Brasileiro é responsável pela base antártica Estação Comandante Ferraz na Antártica, e com isso a Marinha do Brasil faz uso do NApOc Ary Rongel para dar apoio aos cientistas brasileiros. Neste contexto, torna-se interessante uma discussão a respeito de navios quebra-gelo e com isso, o sistema de borbulhamento de ar. Desta forma, o presente trabalho consiste na análise do escoamento multifásico ao redor de uma navio quebra-gelo, com o sistema de borbulhamento de ar. Para tal, foi realizada uma investigação na literatura a respeito de navios quebra-gelo, os tipos de condições de gelo enfrentados, como o sistema em estudo funciona, além da modelagem de escoamentos multifásicos, coluna de borbulhamento e fluidodinâmica computacional. Com isso, dividiu-se o trabalho em duas análises, uma a respeito da modelagem das forças de interação entre fases no escoamento multifásico em uma coluna de borbulhamento, e a partir dos resultados obtidos, aplicou-se a modelagem obtida na análise do navio quebra-gelo. Isto é, aproximou-se o escoamento multifásico em uma coluna de bolhas naquele no entorno de um navio com o sistema de borbulhamento de ar ativo. Utilizou-se os software Ansys CFX e OpenFOAM para gerar os domínios, as malhas e posteriormente, realizar as simulações numéricas e obter os resultados das análises. Por fim, foi possível observar que não há violação do princípio fundamental do escoamento multifásico de indiferença ao referencial quando a modelagem do escoamento considera as forças de arrasto, massa virtual e sustentação, com os modelos de Schiller Naumman, coeficiente constante Cmv = 0,5, e coeficiente constante Cs = 0,5, respectivamente. Além disso, o software OpenFOAM foi capaz de gerar todos os resultados, ao contrário do Ansys CFX. E a modelagem proposta aplicada no Ansys CFX não se mostrou apropriada para analisar com robustez o escoamento entorno do navio