Simulação de grandes escalas do escoamento turbulento sobre um cilindro em canal aerodinâmico

Abstract

Este trabalho apresenta uma Simulação de Grandes Escalas (LES) do escoamento turbulento sobre um cilindro em canal aerodinâmico com uma alta razão de bloqueio. Esta simulação usa o modelo de submalha Smagorinsky-Lilly resolvido pelo software comercial de volumes finitos ANSYS Fluent. O cilindro tem 500 mm de diâmetro e causa uma razão de bloqueio de 25,91%. Parâmetros esses retirados para comparação de Akwa et al, 2014, que realizou estudos experimentais e simulações utilizando modelagem com as equações de Navier-Stokes Médias de Reynolds (RANS) com o modelo de turbulência k-ω SST. O principal resultado comparado para avaliar a simulação é o número de Strouhal. Neste trabalho obteve-se um valor do número de Strouhal igual a 0,247 na simulação de grandes escalas, que quando comparado com o resultado obtido pelo modelo das equações de Reynolds de 0,233, ambos se aproximam do resultado experimental de 0,246. Também foi feita uma análise qualitativa dos resultados de turbulência indicando que a simulação foi bem sucedida, que a tridimensionalidade é relevante e que futuros trabalhos baseados na mesma metodologia devem contribuir para o avanço do estudo do escoamento turbulento sobre corpos cilíndricos.

This paper discusses a Large Eddy Simulation (LES) of the turbulent flow over a cylinder in aerodynamic channel with a high blockage ratio. This simulation uses the Smagorinsky-Lilly sub-grid model solved by the Finite Volume Method commercial software ANSYS Fluent. The cylinder diameter is 500 mm and causes a blockage ratio of 25.91%. These parameters taken for comparison from Akwa et al, 2014, that performed experimental studies and simulations using Reynolds Averaged Navier-Stokes model (RANS) such as k-ω SST. The primary outcome compared to evaluate the simulation is the Strouhal number. In this paper we obtained a value of the Strouhal number equal to 0.247 in the Large Eddy Simulation, when compared with the results obtained by the Reynolds Averaged Navier-Stokes model of 0,233, both are close to the experimental result of 0,246. A qualitative analysis of the results of turbulence was also taken indicating that the simulation was successful, that it’s tridimensionality is relevant and that future works based on the same methodology should contribute to the advancement of the study of the turbulent flow over cylindrical bodies.