Modelagem e simulação de escoamentos turbulentos com efeitos térmicos, utilizando a metodologia da fronteira imersa e malha adaptativa

Melo, Rafael Romão da Silva

doi:10.14393/ufu.te.2017.79

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“…No presente trabalho, temos o interesse de estudar a classe de soluções onde as variáveis primárias -pressão e velocidade -são resolvidas diretamente a partir da formulação diferencial do problema. Mais especificamente, o nosso interesse é a classe de soluções monolíticas, que prometem maior estabilidade (TUREK, 1996; CHEN; PRZEKWAS, 2010; WACHEM; GOPALA, 2006; XIAO; DENNER; WACHEM, 2017) e escalabilidade (DENG et al, 1994;PERNICE;TOCCI, 2001; DARWISH; MOUKALLED, 2014) se comparados com os métodos segregados, que são atualmente utilizados pelo nosso grupo de pesquisa no contexto dos projetos em desenvolvimento no MFLab (LIMA, 2012;BARBI, 2016;MELO, 2017;DAMASCENO, 2018). Seguindo esta linha, na seção 2.1 é dada uma visão sobre os desenvolvimentos e trabalhos que resolvem monoliticamente as variáveis da pressão e velocidade.…”

Section: Revisão Bibliográficaunclassified

“…Outro caso de validação estudado foi o escoamento turbulento 3D em um degrau descendente, conforme especificado por Jovic e Driver (1994) e numericamente estudado por Melo (2017), sendo o número de Reynolds do escoamento simulado igual a 4940,8. Os resultados da simulação foram comparados com a amostragem feita na experimentação material publicada no artigo de referência.…”

Section: Degrau Descendente Turbulento 3dunclassified

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Contribuição para a solução numérica monolítica do modelo matemático diferencial para a fluidodinâmica incompressível newtoniana

Vella¹

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The development of a incompressible fluid flow parallel simulation software is presented. Many aspects of the tool's development are discussed, including the solving of linear systems, data output, domain partitioning and load balancing among multiple MPI processes. The problem is formulated in terms of primary variables through the Navier-Stokes equations, which are discretized using the finite differences method. A framework for solving the discrete equations for the problem in a fully-coupled way applicable to structured staggered grids is developed. Multiple advection schemes and multiple nonlinearity treatment techniques are evaluated, including the full Newton-Raphson method, where the Jacobian is explicitly built. The turbulence is treated through large eddy simulation, where the eddy viscosity is calculated via the Smagorinsky model, damped with the van Driest function. Linear systems are solved iteratively through the Schur complement, enabling the handling of the kind of matrices arising naturally from the problem, which contains zeros on the main diagonal, and can not be solved through ordinary iterative methods.

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Section: Revisão Bibliográficaunclassified

Section: Degrau Descendente Turbulento 3dunclassified

Contribuição para a solução numérica monolítica do modelo matemático diferencial para a fluidodinâmica incompressível newtoniana

Vella¹

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“…Uma das propriedades da função Delta de Dirac é que ao integrá-la em todo o domínio, o valor será unitário, significando que o processo de balanço de força é satisfeito. [5].…”

Section: Multi-forçagem Diretaunclassified

“…O modelo de Spalart-Allmaras oferece uma função de amortecimento para escoamentos próximos a paredes e apresentam relativamente bons resultados para escoamentos submetidos a gradientes adversos de pressão. [5,40].…”

unclassified

Modelagem computacional de escoamentos turbulentos em turbinas eólicas utilizando fronteira imersa e refinamento adaptativo da malha

Martini¹

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Os experimentos em túnel de vento realizados pela NREL utilizando-se (i) um perfil de rotor eólico modelo s809 e (ii) uma turbina eólica são reproduzidos computacionalmente no presente trabalho com os objetivos de (i) realizar o levantamento gráfico do coeficiente de sustentação e arrasto em função do ângulo de ataque e (ii) obter o torque e potência mecânica em função da velocidade do vento e fazer o levantamento gráfico do deficit de velocidade do vento na região da esteira da turbina eólica utilizando-se sondas numéricas. A técnica de refinamento dinâmico adaptativo foi empregada para a diminuição do custo computacional sem comprometer a qualidade dos resultados e a metodologia da fronteira imersa foi utilizada para representar o corpo sólido imerso no escoamento. Todas as simulações computacionais foram desenvolvidas usando o software interno MFSim. Em ambos os casos, os modelos de fechamento da turbulência escolhidos foram k − ε padrão e Spalart-Allmaras. De uma maneira geral, os resultados para os escoamentos sobre o aerofólio mostraram uma boa concordância com o experimento material e para a turbina eólica os resultados aerodinâmicos tornaram-se satisfatórios a partir de U = 10 m/s, sendo que em U = 7 m/s todos os modelos divergem do ensaio material. Para as sondas computacionais, em síntese, os resultados indicam que, na primeira sonda a jusante da turbina eólica e nas regiões mais próximas à raiz do rotor são os locais em que os deficit de velocidades são mais intensos para ambos os modelos de fechamento da turbulência.

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“…O mesmo, desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFlab), se caracteriza, desde sua concepção, por modelos LES para fechamento da turbulência. Recentemente, esforços têm sido feitos(MELO, 2017) para ampliar o leque de modelos de fechamento disponíveis no código (Tabela 1), que hoje já conta com modelos da linha URANS.…”

unclassified

Modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos

Elias¹

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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 ku 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.

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Modelagem e simulação de escoamentos turbulentos com efeitos térmicos, utilizando a metodologia da fronteira imersa e malha adaptativa

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Contribuição para a solução numérica monolítica do modelo matemático diferencial para a fluidodinâmica incompressível newtoniana

Contribuição para a solução numérica monolítica do modelo matemático diferencial para a fluidodinâmica incompressível newtoniana

Modelagem computacional de escoamentos turbulentos em turbinas eólicas utilizando fronteira imersa e refinamento adaptativo da malha

Modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos

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