VORTEX - Grupo de Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos


Implementação dos efeitos da não linearidade do tensor de Reynolds em modelos de turbulência baseados na hipótese de Boussinesq (2009)

Autor: Regis Silvestre da Costa Ataídes

Orientador: José Luiz Alves da Fontoura Rodrigues

Resumo
Este trabalho tem como objetivo a implementa√ß√£o e avalia√ß√£o do aperfei√ßoamento proposto por Spalart (2000) para modelos de turbul√™ncia baseados na hip√≥tese de Boussinesq. √Č sabido que esta hip√≥tese modela o tensor de Reynolds de forma an√°loga √† representa√ß√£o de Navier para o tensor das tens√Ķes viscosas, presumindo a exist√™ncia de uma viscosidade din√Ęmica turbulenta hipot√©tica, T. Em seu trabalho, Spalart (2000) prop√Ķe um aperfei√ßoamento, destinado a permitir um comportamento n√£o linear ao tensor de Reynolds a partir de correla√ß√Ķes entre os gradientes de velocidade m√©dia nas tr√™s dire√ß√Ķes. A implementa√ß√£o do aperfei√ßoamento de Spalart (2000) foi feita no pacote comercial Fluent, de propriedade da empresa ANSYS Inc., atrav√©s de uma rotina em linguagem "C". Esta rotina √© executada juntamente com o programa principal, atrav√©s de uma fun√ß√£o definida pelo o usu√°rio. A modifica√ß√£o foi testada em tr√™s modelos de turbul√™ncia: Spalart-Allmaras, k-? e k-? SST, que tiveram seus resultados comparados com dados experimentais e com o modelo RSM, acr√īnimo baseado no t√≠tulo ingl√™s Reynolds Stress Model, que √© um modelo de turbul√™ncia que n√£o faz uso da hip√≥tese de Boussinesq e baseia-se na equa√ß√£o evolutiva do tensor de Reynolds. Tr√™s casos testes foram selecionados de maneira a explorar os resultados experimentais e compar√°- los com os obtidos nos modelos de turbul√™ncia nas suas formas original e modificada pelo aperfei√ßoamento de Spalart (2000). O primeiro caso teste, proposto por Melling (1976), √© constitu√≠do por um escoamento no interior de um duto de se√ß√£o quadrada e tem como principais caracter√≠sticas o desenvolvimento de camada limite e a presen√ßa de escoamentos secund√°rios nos cantos do duto. O segundo caso teste √© o escoamento no interior de um duto curvo de se√ß√£o retangular, proposto por Kim e Patel (1993). Este caso, al√©m de apresentar o escoamento secund√°rio nos cantos, possui caracter√≠sticas espec√≠ficas de produ√ß√£o e dissipa√ß√£o de energia cin√©tica turbulenta, geradas pela curvatura das linhas de corrente, nas paredes interna (convexa) e externa (c√īncava) da curva. O terceiro caso √© o escoamento ao redor do corpo de Ahmed (1984), realizado por Becker et al (2000) e que se caracteriza pela presen√ßa do descolamento da camada limite e a consequente forma√ß√£o da esteira √† jusante do corpo. Para o primeiro caso teste, foram obtidos os resultados de perfis de velocidade m√©dia longitudinal, perfis de energia cin√©tica turbulenta, al√©m da representa√ß√£o do escoamento secund√°rios atrav√©s dos vetores de velocidade na dire√ß√£o transversal. Estes resultados apresentaram boa correla√ß√£o com os dados experimentais, sendo os modelos de turbul√™ncia com o aperfei√ßoamento proposto por Spalart (2000) capazes de representar o escoamento secund√°rio. Para o segundo caso teste, constitu√≠do pelo escoamento no interior do duto curvo de se√ß√£o retangular, foram obtidos os resultados para os coeficientes de press√£o nas paredes do duto, al√©m dos perfis transversais de velocidade m√©dia e energia cin√©tica turbulenta. A presen√ßa do escoamento secund√°rio, descrito por Kim e Patel (1993), tamb√©m foi capturado pelos modelos de turbul√™ncia testados. Para o terceiro caso teste, foram obtidos: o coeficiente de press√£o ao redor do corpo de Ahmed, os perfis transversais de velocidade m√©dia e energia cin√©tica turbulenta, com boa correla√ß√£o dos resultados experimentais em rela√ß√£o aos obtidos experimentalmente. Al√©m disso, foi feita a caracteriza√ß√£o do escoamento secund√°rio atrav√©s das componentes de velocidade na dire√ß√£o transversal e o coeficiente de arrasto para o corpo rombudo, com diferen√ßas percentuais variando entre 2,1% e 8,1% para os modelos de turbul√™ncia simulados, quando comparados com os resultados experimentais. Finalmente, para todos os casos teste, foram apresentados os respectivos desempenhos computacionais, comparando-se os tempos de processamento dos modelos de turbul√™ncia na sua forma padr√£o e com a implementa√ß√£o feita neste trabalho.

Arquivo
Download


© 2012, Grupo de Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos - VORTEX
Todos os direitos reservados
Webmasters: frcunha@unb.br , rafaelgabler@unb.br e nunojsdias@gmail.com