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O modelo LES e as ferramentas de geração de turbulência nas condições de contorno de entrada
| Summary: | O alto custo computacional do modelo Large Eddy Simulation (LES) torna, para muitas geometrias, inviável atingir a dimensão ou a duração necessárias para um regime plenamente turbulento. É, portanto, crucial que a turbulência seja imposta já na entrada do domínio. A condição de contorno do inlet deve ser fiel à realidade, sem, no entanto, ser complexa demais para ser resolvida. Seus componentes precisam variar estocasticamente, inclusive nas escalas inferiores a ltragem realizada pelo LES, sendo ainda compatíveis com as equações de Navier- Stokes. São diversas as técnicas disponíveis para a geração de tais condições de contorno. Nos métodos de simulação precursora, os fenômenos de turbulência são computados anteriormente ou paralelamente a simulação principal e, em seguida, introduzidos ao domínio na região de entrada, podendo ainda serem redimensionados. Os métodos de síntese, no entanto, não necessitam de simulações anexas, pois os fenômenos de turbulência são gerados pelo próprio inlet, como uma espécie de flutuação aleatória combinada ao escoamento médio. O presente trabalho pretende realizar uma revisão teórica acerca dos métodos de geração de turbulência na entrada do domínio disponíveis no ANSYS Fluent para tubulações. Inicialmente, uma revisão na literatura foi realizada com o objetivo de efetuar uma compilação teórica para as técnicas de turbulência, adicional ao Guia Teórico disponibilizado pela ANSYS. Em seguida, como complementação, uma geometria simples de uma tubulação foi simulada utilizando o LES com três componentes de entrada distintos: No Perturbations (sem perturbações), Spectral Synthesizer (baseado na Técnica de Fourier) e Vortex Method (baseado no Método dos Vórtices). Porém, diferentes respostas para os campos de velocidades foram obtidas para seções distintas da tubulação de acordo com as técnicas de geração de turbulência empregadas nas condições de contorno de entrada. O Vortex Method apresentou maior mudança nos perfis de velocidade com relação a um ponto específico ao longo da tubulação, além de uma curva de tubulações mais próxima a esperada para uma simulação com Direct Numerical Simulation (DNS) em comparação às outras duas abordagens. Nessas, houve menor desenvolvimento da turbulência no domínio estudado, evidenciando um perfil de velocidade na região de saída semelhante ao inserido na entrada. |
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| Main Authors: | Enne, Bruna Wendhausem |
| Other Authors: | Machado, Gabriel Guiscafre |
| Subject: | Fluidodinâmica Computacional Turbulência Condições de contorno de Entrada Fluidodinâmica computacional Escoamento turbulento Computational fluid dynamics Large eddy simulation Turbulence Inlet Conditions |
| Year: | 2020 |
| Country: | Brazil |
| Document type: | bachelor thesis |
| Access type: | unknown |
| Associated institution: | IBICT |
| Language: | Portuguese |
| Origin: | Oasisbr |
| Summary: | O alto custo computacional do modelo Large Eddy Simulation (LES) torna, para muitas geometrias, inviável atingir a dimensão ou a duração necessárias para um regime plenamente turbulento. É, portanto, crucial que a turbulência seja imposta já na entrada do domínio. A condição de contorno do inlet deve ser fiel à realidade, sem, no entanto, ser complexa demais para ser resolvida. Seus componentes precisam variar estocasticamente, inclusive nas escalas inferiores a ltragem realizada pelo LES, sendo ainda compatíveis com as equações de Navier- Stokes. São diversas as técnicas disponíveis para a geração de tais condições de contorno. Nos métodos de simulação precursora, os fenômenos de turbulência são computados anteriormente ou paralelamente a simulação principal e, em seguida, introduzidos ao domínio na região de entrada, podendo ainda serem redimensionados. Os métodos de síntese, no entanto, não necessitam de simulações anexas, pois os fenômenos de turbulência são gerados pelo próprio inlet, como uma espécie de flutuação aleatória combinada ao escoamento médio. O presente trabalho pretende realizar uma revisão teórica acerca dos métodos de geração de turbulência na entrada do domínio disponíveis no ANSYS Fluent para tubulações. Inicialmente, uma revisão na literatura foi realizada com o objetivo de efetuar uma compilação teórica para as técnicas de turbulência, adicional ao Guia Teórico disponibilizado pela ANSYS. Em seguida, como complementação, uma geometria simples de uma tubulação foi simulada utilizando o LES com três componentes de entrada distintos: No Perturbations (sem perturbações), Spectral Synthesizer (baseado na Técnica de Fourier) e Vortex Method (baseado no Método dos Vórtices). Porém, diferentes respostas para os campos de velocidades foram obtidas para seções distintas da tubulação de acordo com as técnicas de geração de turbulência empregadas nas condições de contorno de entrada. O Vortex Method apresentou maior mudança nos perfis de velocidade com relação a um ponto específico ao longo da tubulação, além de uma curva de tubulações mais próxima a esperada para uma simulação com Direct Numerical Simulation (DNS) em comparação às outras duas abordagens. Nessas, houve menor desenvolvimento da turbulência no domínio estudado, evidenciando um perfil de velocidade na região de saída semelhante ao inserido na entrada. |
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