Mathematical and Numerical Modeling of Turbulent Flows

Autor: Aristeu da Silveira Neto, João Marcelo Vedovoto, Ricardo Serfaty
Rok vydání: 2015
Předmět:
Zdroj: Anais da Academia Brasileira de Ciências, Volume: 87, Issue: 2, Pages: 1195-1232, Published: JUN 2015
Anais da Academia Brasileira de Ciências, Vol 87, Iss 2, Pp 1195-1232 (2015)
Anais da Academia Brasileira de Ciências v.87 n.2 2015
Anais da Academia Brasileira de Ciências
Academia Brasileira de Ciências (ABC)
instacron:ABC
ISSN: 0001-3765
DOI: 10.1590/0001-3765201520140510
Popis: The present work is devoted to the development and implementation of a computational framework to perform numerical simulations of low Mach number turbulent flows over complex geometries. The algorithm under consideration is based on a classical predictor-corrector time integration scheme that employs a projection method for the momentum equations. The domain decomposition strategy is adopted for distributed computing, displaying very satisfactory levels of speed-up and efficiency. The Immersed Boundary Methodology is used to characterize the presence of a complex geometry. Such method demands two separate grids: An Eulerian, where the transport equations are solved with a Finite Volume, second order discretization and a Lagrangian domain, represented by a non-structured shell grid representing the immersed geometry. The in-house code developed was fully verified by the Method of Manufactured Solu- tions, in both Eulerian and Lagrangian domains. The capabilities of the resulting computational framework are illustrated on four distinct cases: a turbulent jet, the Poiseuille flow, as a matter of validation of the implemented Immersed Boundary methodology, the flow over a sphere covering a wide range of Reynolds numbers, and finally, with the intention of demonstrating the applicability of Large Eddy Simulations - LES - in an industrial problem, the turbulent flow inside an industrial fan. O presente trabalho é dedicado ao desenvolvimento e implementação de uma estrutura computacional para realizar simulações numéricas de escoamentos turbulentos sobre geometrias complexas a baixo número de Mach. O algoritmo em análise é baseado em um esquema de integração no tempo preditor-corretor clássico, que utiliza um método de projeção para as equações de transporte de quantidade de movimento. A estratégia de decomposição de domínio é adotado para computação distribuída, exibindo níveis muito satisfatórios de aumento de velocidade e eficiência. A Metodologia da Fronteira Imersa é utilizada para caracterizar a presença de uma geometria complexa. Este método exige duas malhas computacionais separadas: Uma Euleriana, onde as equações de transporte são resolvidas com o método do Volume finito, de discretização de segunda ordem e um domínio Lagrangiano, representado por uma malha tipo casca não-estruturada que representa a geometria imersa. O código desenvolvido foi totalmente verificado pelo método das Soluções Manufaturadas, em ambos os domínios Euleriano e de Lagrangiano. As capacidades da estrutura computacional resultante são ilustradas em quatro casos distintos: um jato turbulento, o escoamento de Poiseuille, como uma questão de validação da Metodologia da Fronteira Imersa implementada, o escoamento sobre uma esfera, que abrange uma ampla gama de números de Reynolds, e finalmente, com a intenção de demonstrar a aplicabilidade da metodologia das Simulações das Grandes Escalas - LES - em um problema industrial, o escoamento turbulento dentro de um ventilador industrial.
Databáze: OpenAIRE
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