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Previous issue date: 2011 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / O fenômeno da turbulência está presente na maioria dos escoamentos observados na indústria e na natureza. Muitas são as considerações a respeito das dificuldades relacionadas à
caracterização dos escoamentos turbulentos. Uma das muitas questões trata do procedimento de análise do problema através da descrição estatística dos campos por grandezas “médias”, o
que leva ao problema de fechamento e à modelagem do tensor de Reynolds, normalmente com modelos baseados no conceito de viscosidade turbulenta. Os modelos de turbulência já existentes apresentam algumas deficiências na previsão do escoamento, além de outras limitações, o que justifica a busca por novas abordagens para o tratamento da turbulência.
Neste trabalho, o problema de fechamento é tratado segundo a modelagem turbulenta baseada
no conceito de viscosidade turbulenta. Um novo modelo de turbulência é proposto, que
admite a existência de vórtices imersos no escoamento e aplica conceitos e definições
relacionados à identificação de vórtices, com o uso do critério de identificação Q , que
caracteriza a região do escoamento ocupada pelo vórtice. Propõe-se a investigação da aplicabilidade do critério Q em conjunto com o modelo k − ε , para o desenvolvimento de um novo modelo de turbulência chamado k − ε −Q . Validou-se a aplicabilidade do modelo
através de um código numérico computacional para tratamento de escoamentos turbulentos. A solução numérica foi obtida através da discretização do domínio fluido, utilizando o método de volumes finitos e o método multigrid foi utilizado para resolver o sistema linear resultante. Como verificação, foi utilizado este modelo de turbulência para simular o escoamento em uma cavidade quadrada com tampa deslizante e o escoamento turbulento sobre um degrau. Os resultados obtidos foram confrontados com dados experimentais e demonstraram que o modelo aqui proposto se apresenta mais eficiente que o clássico modelo k − ε , no tratamento da turbulência nesses dois problemas clássicos. / The turbulence is present in most of the flows observed in industry and nature. There are
many considerations regarding the difficulties related to the characterization of turbulent
flows. One of the many issues regarding the procedure of analyzing the problem through the
statistical description of the fields, which leads to the problem of closure and the modeling of
the Reynolds tensor, usually with models based on the turbulent viscosity concept. The
turbulence models have some shortcomings in predicting the turbulent flow field, which
justifies the research of new approaches to treatment turbulence. In this work, the problem of
closure is treated using the modeling based on the concept of turbulent viscosity. The
proposed new turbulence model admits the existence of vortexs immersed in the flow and
applies concepts and definitions related to the identification of this structure, using the Q -
criteria that characterizes the region of flow occupied by the vortex. It is proposed to
investigate the applicability of this model, resulting in a new turbulence model called
k − ε −Q . The model applicability is evaluated through a numerical code for computational
treatment of turbulent flows. The numerical solution was obtained by discretization of the
fluid domain, using the finite volume method and the multigrid method was used for solving
the resulting linear system. As benchmark, we used the turbulence model to simulate the flow
in a square cavity with sliding lid and turbulent flow over a backward-facing step. The results
were compared with some experimental data and demonstrated that the model proposed here
appears to be more effective than the classical k − ε in the treatment of turbulence in these
two problems.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/5563 |
| Date | 04 March 2011 |
| Creators | FERNANDES, Cindy Stella |
| Contributors | LINS, Erb Ferreira |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFPA, Brasil, Instituto de Tecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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