Publicação: Implementação, comparação e avaliação de modelos submalhas não lineares
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
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Resumo
No presente trabalho, o problema de fechamento da turbulência é analisado modelando o tensor
de Reynolds submalha de forma não linear, supondo que sua dependência seja com os tensores
taxa de deformação e rotação. Compreender como é estabelecida essa dependência, além de
avaliar e comparar os diferentes tipos de modelos não lineares presentes na literatura com a tradicional modelagem linear do tensor de Reynolds, é o escopo do presente trabalho. A inclusão
de termos não lineares, feita no presente trabalho, teve como objetivo o aprendizado sobre essa
complexa forma de modelar o problema de fechamento da turbulência. O trabalho teve ainda
como objetivo a formação no uso do código MFSim, desenvolvido no MFLab e a formação na
programação de rotinas inseridas nessa plataforma de modelagem computacional de escoamentos
turbulentos. Para estabelecer a comparação e avaliação entre os modelos implementados com
resultados experimentais encontrados na literatura, foi realizada uma implementação computacional utilizando a metodologia da Simulação das Grandes Escalas, para um problema simples de
escoamento turbulento envolvendo uma cavidade com tampa deslizante. Os resultados obtidos
com os modelos não lineares, de uma forma geral, coincidiram mais com resultados do experimento material nas regiões próximas às paredes. Já o modelo linear, se aproximou mais dos
resultados do experimento material na região central da cavidade. Como esperado, os resultados
obtidos com a modelagem linear e não linear não diferiram significativamente, uma vez que a
natureza física desse problema não incorpora efeitos como altos níveis de anisotropia, gradientes
adversos de pressão e mesmo efeitos de fortes curvaturas nas linhas de corrente.
Abstract
In the present work, the turbulence closure problem is analyzed by using a nonlinear subgrid-scale
stress model, supposing a dependence on both the rate-of-strain and rate-of-rotation tensors.
To understand how this dependence is established, in addition to analyzing different types of
nonlinear models existing in the literature, is the scope of the current work. The inclusion of
nonlinear terms, made in the present work, has the objective of learning about this complex
way of modeling the turbulence closure problem. The work also has the objective of human
resources training in the use of the MFSim code, developed on MFLab, and code development of
computational models of turbulent flows on the same platform. To benchmark and evaluate the
models, a computational implementation was conducted using the Large Eddy Simulation methodology for a simple problem of turbulent flow involving lid-driven cavity problem, which enabled
a comparison between models implemented with experimental results found in the literature.The
results obtained with the nonlinear models are in good agreement with the results of the physical
experiments for flows that occurs near the walls. In contrast, the linear model better matches
the results for flows in the central region of the cavity. As expected, the results obtained with the
linear and nonlinear modeling did not differ significantly, since the physical nature of this problem
does not incorporate effects such as high levels of anisotropy, pressure adverse gradients and even
strong curvature effects on streamlines.
Palavras-chave
Tensor de Reynolds submalha, Subgrid-scale, Simulação das grandes escalas, Large eddy simulation, Escoamento turbulento, Turbulent flow, Dinâmica dos fluidos modelos matemáticos, Fluid Dynamics, Modelagem não linear, Problema de fechamento da turbulência, Nonlinear models, Turbulence closure problem, Engenharia mecânica
Citação
CATTA PRETA, Ricardo Tadeu Oliveira. Implementação, comparação e avaliação de modelos submalhas
não lineares - Uberlândia. 2018. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1199.