Implementação e validação de modelos de fechamento da turbulência algébricos explícitos

Brito, Danio Ricardo de

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48417

ORCID:	http://orcid.org/0009-0003-7417-8282
Document type:	Dissertação
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Implementação e validação de modelos de fechamento da turbulência algébricos explícitos
Alternate title (s):	Implementation and validation of explicit algebraic turbulence closure models
Author:	Brito, Danio Ricardo de
First Advisor:	Silveira Neto, Aristeu da
First member of the Committee:	Azevedo, João Luiz Filgueiras de
Second member of the Committee:	Souza, Francisco José de
Summary:	A Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) constitui uma ferramenta fundamental para a análise de escoamentos turbulentos de interesse científico e industrial. No entanto, a modelagem adequada da turbulência permanece como um dos principais desafios da área, especialmente em escoamentos com forte anisotropia, separação e rotação. Neste trabalho, foram implementados e avaliados modelos algébricos explícitos para o fechamento das tensões turbulentas, a saber, o modelo EASM (Explicit Algebraic Stress Model) para simulações URANS e o modelo EASSM (Explicit Algebraic Subgrid Stress Model) para as Simulações de Grandes Estruturas (LES), no ambiente do código MFSim, desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade Federal de Uberlândia. Os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e com previsões fornecidas pelos modelos k–ε e Smagorinsky. No caso do degrau, o modelo EASM apresentou boa concordância qualitativa, embora discrepâncias nos perfis de velocidade tenham sido associadas a baixos valores do coeficiente de viscosidade efetiva. Para o escoamento sobre o prisma, o EASM mostrou melhor capacidade de representar a natureza transiente e os momentos de segunda ordem quando comparado ao modelo k–ε. No contexto LES, o modelo EASSM apresentou desempenho consistente, tanto no degrau quanto no prisma triangular, reproduzindo adequadamente os perfis médios de velocidade e as principais características do escoamento turbulento. Devido ao elevado custo computacional associado à simulação LES do ciclone, a análise deste escoamento foi restrita a uma janela temporal relativamente pequena, o que não foi suficiente para a convergência estatística dos momentos de segunda ordem. Ainda assim, os campos médios e os perfis da componente tangencial da velocidade indicaram comportamento fisicamente coerente do modelo EASSM, reforçando o potencial da abordagem adotada. De forma geral, os resultados indicam que os modelos EASM e EASSM foram implementados de maneira consistente e apresentam desempenho promissor na representação de escoamentos turbulentos complexos, mesmo em malhas de resolução moderada. O trabalho contribui para a ampliação das capacidades do código MFSim e estabelece uma base sólida para investigações futuras.
Abstract:	Computational Fluid Dynamics (CFD) constitutes a fundamental tool for the analysis of turbulent flows of scientific and industrial interest. However, the accurate modeling of turbulence remains one of the main challenges in the field, particularly for flows characterized by strong anisotropy, separation, and rotation. In this work, explicit algebraic models for turbulence closure were implemented and evaluated, namely the Explicit Algebraic Stress Model (EASM) for Unsteady Reynolds-Averaged Navier–Stokes (URANS) simulations and the Explicit Algebraic Subgrid Stress Model (EASSM) for Large Eddy Simulation (LES), within the MFSim code developed at the Fluid Mechanics Laboratory of the Federal University of Uberlândia. The results obtained were compared with experimental data as well as with predictions from the standard k–ε and Smagorinsky models. For the backward-facing step flow, the EASM model exhibited good qualitative agreement, although discrepancies in the velocity profiles were associated with low values of effective viscosity. For the flow over a triangular prism, the EASM demonstrated an improved capability to represent the strongly unsteady nature of the flow and the second-order moments when compared to the k–ε model. In the LES framework, the EASSM model showed consistent performance for both the backward-facing step and the triangular prism cases, adequately reproducing the mean velocity profiles and the main features of the turbulent flow. Due to the high computational cost associated with the LES simulation of the cyclone flow, the analysis of this configuration was restricted to a relatively short temporal window, which was insufficient to achieve statistical convergence of the second-order moments. Nevertheless, the mean fields and tangential velocity profiles indicated physically coherent behavior of the EASSM model, reinforcing the potential of the proposed approach. Overall, the results indicate that the EASM and EASSM models were implemented in a consistent manner and exhibit promising performance in the representation of complex turbulent flows, even on moderately resolved meshes. This work contributes to the extension of the MFSim code capabilities and provides a solid foundation for future investigations.
Keywords:	Modelagem da Turbulência Turbulence Modelling Dinâmica dos Fluidos Computacional Computational Fluid Dynamics Escoamentos Turbulentos Turbulent Flows Modelos Algébricos Explícitos Explicit Algebraic Models Degrau Backwards-Facing Step Prisma Bluff-Body Ciclone Cyclone
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Subject:	Engenharia mecânica
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	BRITO, Danilo Ricardo de. Implementação e validação de modelos de fechamento da turbulência algébricos explícitos. 2026. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5042.
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5042
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48417
Date of defense:	25-Feb-2026
Sustainable Development Goals SDGs:	ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:	DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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