Gabriel Vivacqua Badiola
Resumo
Escoamentos turbulentos estão presentes em várias aplicações industriais e fenômenos naturais, como escoamento em torno de aerofólios de aeronaves e pás de turbinas, problemas de interação fluido-estrutura em plataformas offshore e formação de correntes de turbidez. Neste trabalho, uma família de modelos de viscosidade turbulenta (EVM) para a simulação de grandes escalas de turbulência (LES) é implementada em um programa de elementos finitos estabilizados para fluidos incompressíveis utilizando formulação variacional multiescala baseada em resíduo (RB-VMS). Diferentes modelos de viscosidade turbulenta propostos por Oberai e Hughes foram incorporados ao EdgeCFD, um código otimizado e paralelo, com estrutura de dados por arestas, totalmente implícito, com solver de Newton inexato e passo de tempo adaptativo. O desempenho e a precisão dos modelos propostos são testados com problemas de validação para números de Reynolds elevados. Os resultados são, então, comparados com os de simulações numéricas altamente resolvidas e dados experimentais.
Abstract
Highly turbulent flows are present in several industrial applications and natural phenomena, such as flows around aircraft airfoils and turbine blades, fluid-structure interaction problems in offshore platforms and formation of turbidity currents. In this work, a general family of eddy viscosity models (EVM) for the large-eddy simulation (LES) of turbulence is implemented in an edge-based stabilized finite element incompressible Navier-Stokes solver within the framework of the residual-based variational multiscale method (RB-VMS). We evaluate and compare the different fine-scale eddy viscosity models proposed by Oberai and Hughes. These models are incorporated into EdgeCFD, a highly optimized fully implicit parallel edge-based code, with inexact Newton solver and adaptive time step. The performance and accuracy of the proposed models are tested with validation problems for high Reynolds numbers. Results are then compared to those of highly resolved numerical simulations and experimental data.
