Modelagem híbrida URANS-LES para escoamentos turbulentos

Abstract

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.

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

“…Tabela 4.1: Valores de cada variáveis para diferentes modelos de discretização temporal. Retirado de Elias [14].…”

“…Sendo assim, componentes de alta frequência são suavizado utilizando malhas com menores espaçamentos, enquanto que os componentes de baixa frequência são tratados em malhas menos refinadas. [9,14]. Portanto, aplica-se esse método a uma sequência de malhas, onde os componentes do erro possam ser suavizados de maneira eficiente.…”

“…Portanto, ao chegar nesses níveis mais grosseiros recomenda-se que a Equação 4.27 seja resolvida exatamente ou, pelo menos, com um grande número de iterações. [14,5].…”

Simulação numérica de um escoamento turbulento não-reativo no interior de uma caldeira ciclônica industrial usando LES e URANS

“…Before his discoveries, the majority of the researches involving fluid mechanics were related exclusively to potential flows. The problem of neglecting the boundary layer is that, although the mathematical formulations seemed correct, the results were inaccurate when compared to real situations, such as potential flows resulting in null drag (ELIAS, 2018).…”