Publicação: Modelagem de condições de contorno para escoamentos turbulentos utilizando simulações das grandes escalas
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Resumo
A turbulência é um fenômeno complexo, tanto em sua experimentação, quanto na simulação. Isto ocorre devido a sua complexidade e extrema sensibilidade às condições
iniciais e de contorno dos campos de escoamento turbulentos e a grande faixa de escalas de tempo e comprimento característicos, que demandam uma grande quantidade de recursos computacionais. Para simplificar tal situação, utilizam-se aproximações e modelos de turbulência, os quais reduzem o nível de descrição do escoamento. Neste âmbito, no presente trabalho foram realizadas simulações numéricas bi e tridimensionais de escoamentos em um degrau descendente, em regimes laminar e turbulento. As simulações foram
realizadas atravées de um código computacional desenvolvido em FORTRAN, baseado em volumes nitos, com discretizações espacial e temporal do tipo Centered Dierence Scheme e Backward-Dierence Formula, respectivamente. Foi utilizada a metodologia LES - Large Eddy Simulation, que consiste na aplicação de um ltro nas equações do movimento e resolução das escalas maiores do que o mesmo, com modelagem das menores.
Em conjunto, foram avaliadas situações sem modelagem e com modelagens de turbulência de Smagorinsky e dinâmica, além da utilização de três tipos de geradores de condições de entrada turbulentas. Uma superioridade na caracterização de escoamentos turbulentos foi obtida quando utilizou-se o modelo dinâmico de turbulência, juntamente com geradores de condições de entrada turbulentos com correlações de tempo e espaço.
Abstract
Turbulence is a complex and chaotic phenomenon which is extremely sensitive to initial
and boundary conditions. Due to the wide range of time and length scales generally
present, it requires a large amount of computational resources to be completely captured.
Approaches to turbulence models are used to simplify this situation. However, they
may reduce the
ow description quality. In this context, 2D and 3D numerical simulations
of backward-facing step
ows, in laminar and turbulent regimes, were experimented
in the present work. These simulations were done with a computer code developed in
FORTRAN, based on nite volumes with Centered Dierences Scheme and Backward
Dierence Formula as spatial and temporal discretizations, respectively, using the Large-
Eddy Simulation methodology. This method is based on the appliance of a spatial lter to
the equations of motion. Scales larger than this lter are resolved, while the smallest ones
are modeled. Three alternatives for subgrid modeling were tested (models proposed by
Smagorinsky 1963, Germano et al. 1991 and no turbulence modeling) and the application
of three dierent turbulent inlet conditions generators were analyzed. A better turbulent
ow characterization was achieved when the turbulence dynamic model was used with
turbulent inlet conditions generators, which presented time and space correlations.
Palavras-chave
Escoamento turbulento, Métodos de simulação, Condições de entrada, Modelos de turbulência, Simulação das grandes escalas, Turbulent inlet conditions, Turbulence models, Large-eddy simulation
Citação
DAMASCENO, Marcelo Maia Ribeiro. Modelagem de condições de contorno para escoamentos turbulentos utilizando simulações das grandes escalas. 2012. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.