Efeito da modelagem submalha em simulações de grandes escalas de jatos coaxiais turbulentos
A simulação acurada de escoamentos turbulentos de interesse prático, com custo computacional acessível, ainda é um grande desafio. Simulações de Grandes Escalas (SGE) (Large Eddy Simulation - LES ) é uma técnica eficiente baseada na eliminação das escalas do escoamento menores do que um comprimento...
| Autor: | |
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| Formato: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2020 |
| País: | Brasil |
| Recursos: | Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) |
| Repositorio: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:www.lume.ufrgs.br:10183/213159 |
| Acesso em linha: | http://hdl.handle.net/10183/213159 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Dinâmica dos fluidos computacional Turbulência Simulação computacional Escoamento de fluidos Subgrid modeling LES OpenMP GPU Computational fluid dynamics Turbulence |
| Resumo: | A simulação acurada de escoamentos turbulentos de interesse prático, com custo computacional acessível, ainda é um grande desafio. Simulações de Grandes Escalas (SGE) (Large Eddy Simulation - LES ) é uma técnica eficiente baseada na eliminação das escalas do escoamento menores do que um comprimento característico e na resolução direta do escoamento nas maiores escalas. Para a descrição do efeito da turbulência nas pequenas escalas, existe uma variedade de modelos submalha disponíveis na literatura, com diferentes níveis de complexidade e custo computacional associados. Embora muitos avanços tenham sido logrados desde o desenvolvimento da técnica LES, não há ainda consenso sobre um modelo submalha definitivo para uso genérico em aplicações de engenharia. A análise do desempenho dos modelos existentes é uma etapa importante no desenvolvimento de novos códigos para LES e sua aplicação em problemas de interesse. Neste sentido, o objetivo principal desta tese foi analisar o efeito da modelagem submalha em Simulações de grandes escalas de jatos coaxiais turbulentos. Foi desenvolvido um solver para execução em arquitetura híbrida (CPU-GPU), capaz de empregar diferentes modelos submalha (modelos de Smagorinsky, Dinâmico de Germano e Função Estrutura de Velocidade). A avaliação do efeito da modelagem submalha se deu através da comparação de resultados de simulações realizadas para um problema teste (utilizando os modelos acima) com dados experimentais da literatura. Para o modelo de Smagorinsky, buscou-se determinar primeiramente o valor ideal da sua constante ad-hoc para o problema estudado. Os resultados obtidos mostram que os modelos levam a diferentes predições para propriedades médias e flutuações no escoamento, apresentando variados graus de acurácia. Os melhores resultados foram encontrados com o modelo de Smagorinsky, mostrando que nem sempre o modelo mais complexo produz melhores resultados, e que modelos mais simples têm condições de produzir resultados de ótima qualidade para o problema em questão, quando adequadamente calibrados. |
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