ESTUDO NUMÉRICO DOS EFEITOS DA GEOMETRIA SOBRE A AERODINÂMICA DAS EDIFICAÇÕES

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Nos problemas aqui abordados foi considerada uma malha de elementos finitos estruturada nas proximidades das edificações. Considera-se uma malha mais refinada nas proximidades da edificação com o objetivo de capturar eficientemente os principais fenômenos do escoamento. Para as regiões mais afastadas da geometria emprega-se uma malha não estruturada já que o escoamento resulta menos perturbado. Em todos os casos, considera-se como condição de contorno na entrada um perfil exponencial de velocidade típico de camada limite atmosférica com um ângulo de incidência igual a 0º.

3. RESULTADOS

Inicialmente, mostram-se os resultados para as edificações em "L" e "U". Nas Figuras 1 e 2, mostram-se as distribuições dos campos de velocidade, pressão e as linhas de corrente para os exemplos dos edifícios em “L” e “U”. Em ambos os casos foi considerado um número de Reynolds igual a 2100, para a camada limite atmosférica empregando-se uma velocidade de entrada de V0 = 10 [m/s] e um expoente igual a n = 0.25.

Finalmente, nas Figuras 3 e 4, mostram-se os resultados obtidos para os exemplos dos três cubos. Neste caso, o escoamento é caracterizado por um número de Reynolds de 4.6x104, com uma velocidade de entrada de V0= 4.5 [m/s] e um expoente de n = 0,25 para o perfil da camada limite.

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Figura 1 - Distribuições dos campos de velocidade para z=H/2, pressão e linhas de corrente para o exemplo do edifício em “L”.

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Figura 2 - Distribuições dos campos de velocidade para z=H/2, pressão e linhas de corrente para o exemplo do edifício em “U”.

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Figura 3 - Distribuições dos campos de velocidade, para as distâncias 0.5H, 1.0H e 1.5H, respectivamente para z=H/2

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Figura 4 - Distribuições das pressões, para as distâncias 0.5H, 1.0H e 1.5H, respectivamente

4. DISCUSSÃO

No caso dos edifícios em forma de “L” e “U” observa-se que a separação do escoamento nas arestas das faces frontais originam vórtices intensos que se desprendem pelas laterais e topo da edificação. Nota-se ainda a formação de um vórtice muito intenso na região de abertura das edificações. Fenômenos desse tipo podem gerar, além de problemas para a estrutura, desconforto para os pedestres, devendo ser levado em consideração na fase do projeto. Percebem-se pressões acentuadas na área de barlavento, sendo mais intensas nas paredes frontais, que estão perpendiculares à direção do escoamento e baixas pressões nas regiões de esteira e na abertura da edificação. Os valores das pressões máximas entre os dois tipos de edificação são muito próximos. Finalmente, no caso do problema dos três cubos, pode-se também observar em todos os casos que na região de barlavento acontece a máxima pressão e na região da esteira (sotavento) temos a mínima pressão. Entretanto, os valores das pressões máximas sofrem um pequeno incremento à medida que a distância entre as edificações aumentam. Para a distância D/H = 0.5, há a formação de dois grandes vórtices laterais, enquanto que nas aberturas estreitas entre as edificações há um incremento da velocidade do escoamento de fluido. À medida que a distância entre as edificações aumenta os vórtices laterais diminuem e na região entre os cubos surgem dois vórtices bem definidos e que tendem a ser simétricos entre si. Portanto, à medida que a distância entre as edificações aumenta a influência entre as edificações diminui. Ou seja, o escoamento tende a comporta-se como o apresentado por edificações isoladas.

5. CONCLUSÕES

A análise do impacto do vento sobre edificações é hoje um aspecto fundamental na área da Engenharia do Vento, visando à segurança da construção. Além disso, a ventilação natural pode ser usada como solução para um alívio térmico, possibilitando uma melhor utilização dos recursos energéticos. A mecânica dos fluidos computacional possibilita uma análise qualitativa do escoamento de forma relativamente simples e barata, sendo, portanto, fundamental na fase de projeto. Para o caso das edificações em formato de “L” e “U” o escoamento incidente sobre as edificações é desviado tanto em direção ao topo quanto para as laterais, ocorrendo à separação da camada limite nas arestas vivas. Além disso, a presença de um gradiente de pressão na camada limite atmosférica influi de forma marcante na indução de um escoamento descendente por baixo do ponto de estagnação. Para o problema dos três cubos os maiores valores na distribuição de pressão média obtêm-se para caso no qual a distância entre as edificações é D/H=0.5. A velocidade do vento aumenta consideravelmente entre as duas passagens estreitas das edificações em paralelo. Estas condições não somente podem comprometer a utilização adequada