Borges, Amadeu

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  • PublicaçãoAcesso Aberto
    Simulação das Grandes Escalas de Escoamentos de Camada Limite Turbulenta
    2007 - Borges, Amadeu Duarte da Silva; Borges, Amadeu; Palma, José Manuel Laginha Mestre da; Lopes, José Alexandre Costa da Silva
    O objectivo principal deste trabalho foi contribuir para a melhoria da simulação computacional de escoamentos sobre geometrias complexas com o método da simulação das grandes escalas da turbulência (LES { Large Eddy Simulation), integrando novos modelos submalha e aperfeiçoando as condiçõeses de fronteira, especialmente na vizinhança do solo. Na tentativa de previsão da relaminarização foi ainda usada a metodologia da simulação dos turbilhões destacados (DES { Detached Eddy Simulation). Utilizando os modelos de Smagorinsky, dinâmico, dinâmico Lagrangeano e de similaridade de escala de Bardina, estudou-se o escoamento turbulento num canal plano, com número de Reynolds Re¿ = 395. Após comparação com resultados obtidos anteriormente com o método da simulação numérica directa (DNS { Direct Numerical Simulation),conclui-se que os perfis de velocidade média e as flutuações da velocidade longitudinal foram bem reproduzidos por todas as simulações, destacando-se especialmente o modelo dinâmico Lagrangeano com similaridade de escala na previsão da flutuação. Já as flutuações das componentes vertical e transversal apresentaram uma concordância pior com os resultados de DNS, apresentado um défice de, aproximadamente, 40% no valor máximo. A tensão de corte foi bem prevista por todas as simulações, com destaque para a que usou o modelo dinâmico. Um estudo sobre o valor da constante do modelo de Smagorinsky permitiu concluir que, para a malha utilizada, o valor CS = 0:064 produzia resultados consideravelmente melhores que o valor inicial, melhorando nomeadamente a previsão da dissipação. A simulação das grandes escalas da turbulência e o método dos turbilhões destacados foram usados no estudo do escoamento de uma camada limite sobre uma lomba, com número de Reynolds Reµ = 4030, utilizando uma malha curvilínea e não ortogonal. Em LES, as tensões submalha foram modeladas com recurso ao modelo dinâmico Lagrangeano. O escoamento experimenta um forte gradiente de pressão adverso a jusante do topo da lomba, que causou separação intermitente, mas sem separação do escoamento médio. A análise dos resultados mostrou que ambos os métodos foram capazes de prever a formação de camadas internas, assim como o rápido retorno ao equilíbrio após o fim da lomba. No entanto, o LES foi incapaz de reproduzir a tendência dos valores experimentais do coeficiente de fricção (Cf ) no topo da lomba, atribuída no trabalho experimental á relaminarização. Todavia, alguns parâmetros utilizados para medir a aceleração da camada limite sugeriram que não existiam condições para a ocorrência deste fenómeno. Os resultados de LES apresentaram boa concordãncia com os valores experimentais da velocidade longitudinal e tensões de Reynolds. As previsões de LES para o escoamento médio foram pouco sensíveis á formulaçãoo das condições de parede, mas apresentaram grande sensibilidade á resolução espacial. As previsões obtidas por DES apresentaram pior concordância com os valores experimentais que os resultados obtidos por LES, verificando-se, por exemplo, diferenças na ordem dos 30% na zona compreendida entre o topo e o final da lomba, nas proximidades da parede Rodando a lomba de 45º relativamente ao escoamento incidente, introduziu-se uma característica tridimensional, que não existia no caso anterior. O escoamento á entrada do domínio computacional é caracterizado pelo número de Reynolds Reµ = 3800 e gradiente de pressão nulo. Os perfiss do escoamento médio desviaram-se do comportamento típico da lei logarítmica, mas não houve separação. A evolução das componentes do tensor de Reynolds foi explicada pelo crescimento de duas camadas internas, provocadas pelas descontinuidades na curvatura da superfície nas proximidades do início e do fim da lomba. Os coeficientes de pressão e de fricção mostraram-se indiferente ás características particulares de cada simulação (metodologia e malha). Na previsão da velocidade média, os resultados LES e DES produziram um comportamento muito semelhante. No que diz respeito ás tensões normais, as previsões LES apresentaram melhores resultados que os obtidos por DES, principalmente na região próxima da parede (nas duas posições a montante do fim da lomba e para y=µ = 1 verificaram-se diferenças de 80% para o DES). O mesmo aconteceu relativamente ás tensões de corte.