[pt] Escoamentos aerodinâmicos externos sobre membranas e
aerofólios finos representam
um enorme desafio para simulações numéricas, tendo em
vista os
diversos e complexos regimes de escoamento presentes, que
incluem separa
ção da camada limite, transição da camada de mistura para
regime turbulento,
recolamento, relaminarização da camada limite, e formação
de bolhas
de recirculação primárias e secundárias. Uma maior
compreensão sobre estas
estruturas é obtida através da simulação numérica de
grandes escalas
(LES) do escoamento sobre placas planas e finas, com
ângulos de incidência
entre um e três graus e número de Reynolds superior a 105.
A necessidade
do emprego de malhas não uniformes, geralmente imposta por
escoamentos
externos, provoca instabilidades numéricas em esquemas não
dissipativos,
sendo duas possíveis soluções apresentadas nesse trabalho.
A primeira delas
é baseada num modelo sub-malha tradicional, onde a
estabilidade numérica
é alcançada através de um esquema numérico misto, no qual
o esquema
de diferenças centrais é empregado em regiões com intensas
atividades turbulentas,
enquanto que um esquema dissipativo é empregado nas regiões
onde a malha sofre grandes variações espaciais e a
atividade turbulenta
é desprezível. Uma segunda solução baseia-se num termo de
forçamento
idealizado para atenuar apenas as menores escalas. Quando
comparadas a
estudos prévios utilizando médias de Reynolds (RANS),
ambas as alternativas
se mostraram adequadas, disponibilizando resultados bem
mais precisos
para perfis de velocidade, flutuações turbulentas e
pressões médias. Em particular,
o comprimento da bolha de recirculação foi previsto com
menos de
5% de discrepância em relação a dados experimentais,
contrastando com
valores maiores que 20%, obtidos com o modelo RANS K - W / [en] Aerodynamic flows around thin airfoils and membranes are
very challenging
to simulate accurately because of complex flow structures,
including
geometry-induced separation of the boundary layer, shear
layer transition to
turbulent behavior, reattachment, relaminarization of the
boundary layer,
and formation of primary and secondary recirculation
bubbles. A physical
insight on these structures can be obtained through the
numerical Large
Eddy Simulation (LES) of the flow around a simpler
geometry, the thin flat
plate, at shallow incidences of one and three degrees and
Reynolds number
above 105, which is the focus of this investigation. In
order to avoid the numerical
instabilities associated with the mesh spreading generally
required
by such external flow, two solutions have been developed
and tested. The
first one consists of the traditional sub-grid model used
along with a mixed
numerical scheme, in which a stable but dissipative part
is active only
in turbulence-free zones where mesh is highly non-regular,
while an unstable
but non-dissipative scheme is employed in turbulence-
crytical zones,
where the mesh is as regular as possible. The second
solution, developed
and validated in the current investigation, is based on a
damping force, aimed
to eliminate the smaller scales while preserving as much
as possible
all other structures. Compared to previous investigations
using Reynolds
Average (RANS) equations, both solutions provided more
accurate and detailed
information about the flow, including velocity, pressure
and turbulent
fluctuations mean profiles, allowing a deeper physical
understanding. In particular,
the main bubble reattachement lenght was predicted within
5% of
the experimental data, while K - W RANS results were found
to disagree in
more than 20%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:9496 |
| Date | 26 January 2007 |
| Creators | LUIZ EDUARDO BITTENCOURT SAMPAIO |
| Contributors | ANGELA OURIVIO NIECKELE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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