Publicação: Modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Melo, Rafael Romão da Silva
Resumo
A maioria dos escoamentos que ocorrem na natureza são turbulentos. O mesmo pode ser dito acerca dos escoamentos de interesse industrial. Sendo assim, a modelagem matemática diferencial de escoamentos de fluidos nos possibilita uma melhor compreensão dos fenômenos físicos envolvidos em sua ocorrência, ao mesmo tempo que fornece um grande número de informações preciosas e de difícil obtenção por meio de experimentos materiais. Por este motivo, a comunidade científica têm se empenhado ao longo dos anos em desenvolver novas estratégias de modelagem para escoamentos turbulentos. Inserido neste contexto, o presente trabalho apresenta quatro estratégias de modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos. Foram implementados no código MFSim, desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade Federal de Uberlândia em parceria com a PETROBRAS, as metodologias de modelagem híbrida DES e SAS. Para as implementações, aproveitaram-se as bases URANS, caracterizada pelos modelos de Spalart-Allmaras e k-ω SST, e LES, dada pelo modelo dinâmico de Germano, existentes no código. Sendo assim, foi possível implementar os modelos SA-DES, SA-SAS, SST-DES e SST-SAS e testá-los no ambiente multinível com remalhagem adaptativa dinâmica do código MFSim. Observou-se que a modelagem híbrida URANS-LES pode ser considerada uma ferramenta interessante na análise de escoamentos turbulentos com o código MFSim. Demonstrou-se que, com a utilização dessas modelagens, é possível caracterizar estruturas turbilhonares com um comportamento mais próximo da metodologia LES do que a metodologia URANS. Em especial, com o modelo SA-SAS obtiveram-se bons resultados, indicando grande potencial de utilização do mesmo dentro do código MFSim, uma vez que não tem dependência explícita da malha computacional, como os modelos DES. A utilização continuada do modelo SA-SAS, bem como a sequência dos estudos acerca da implementação de outros modelos SAS e DES no código MFSim, configura uma estratégia interessante na busca por maior robustez na solução de escoamentos turbulentos.
Abstract
Most of the flows occurring in nature are turbulent. The same can be said about flows of
industrial interest. Thus, the differential mathematical modeling of fluid flows enables us
to better understand the physical phenomena involved in its occurrence, while providing
a large number of valuable information, which are difficult to obtain through material
experiments. For this reason, the scientific community has been engaged over the years
in developing new modeling strategies for turbulent flows. In this context, the present
work presents four hybrid URANS-LES modeling strategies for turbulent flows. DES and
SAS hybrid modeling methodologies were implemented in the MFSim code, developed
in the Laboratório de Mecânica dos Fluidos of the Universidade Federal de Uberlândia
in partnership with PETROBRAS. The implementations take advantage of the URANS
and LES basis, characterized by, respectively, the Spalart-Allmaras/k − ω SST models
and the Germano dynamic model. Thus, it was possible to implement the SA-DES,
SA-SAS, SST-DES and SST-SAS models and test them in the multilevel environment
of dynamic adaptive refinement of the MFSim code. It was observed that the hybrid
URANS-LES models can be considered an interesting tool in the analysis of turbulent
flows with the MFSim code, being able to characterize swirling structures with a behavior
closer to the LES methodology than the URANS methodology. In particular, the SA-SAS
model presented good results and presents great potential of use within the MFSim code,
since it does not have explicit dependence of the computational mesh, like DES models
does. The continued use of the SA-SAS model, as well as the sequence of studies about
the implementation of other SAS and DES models in the MFSim code, constitutes an
interesting strategy in the search for greater robustness in the solution of turbulent flows.
Palavras-chave
Modelagem híbrida URANS-LES, SAS, DES, Escoamentos turbulentos, Cavidade, Degrau, Bluff-body, Prisma, Hybrid URANS-LES, Turbulent flows, Lid-driven cavity, Backward- facing step, Engenharia mecânica, Escoamento turbulento
Citação
ELIAS, Alex José. Modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos.
2018. 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1219.