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Tema palestra:

A maioria dos fluxos de engenharia so turbulento. Sucesso simulando tais fluxosrequer a compreenso de alguns conceitos bsicos da teoria de turbulncia e modelagem.Isto permite que se faa a melhor escolha dos modelos de turbulncia disponveis eperto de parede opes para um determinado problema.

Aprendizagem visa - voc vai aprender:

Fluxo Bsico turbulento e teoria de modelagem de turbulncia modelos de turbulncia e opes parede perto Como escolher um modelo de turbulncia adequado para um determinado problema Como especificar condies de contorno de turbulncia em entradasObjetivos de aprendizagem: Voc vai entender os desafios inerentes a simulao de fluxo turbulento e sercapaz de identificar o modelo mais adequado e prximo de parede de tratamento para uma dada problema.

O nmero de Reynolds o critrio utilizado para determinar se o fluxo laminar ou turbulento

Re= ( v D) /

O nmero de Reynolds baseada na escala de comprimento de fluxo:

Transio para Turbulncia varia dependendo do tipo de fluxo:

O fluxo externo:ao longo de uma superfcie: ReX> 500 000em torno de obstculo: REL> 20 000 O fluxo interno Red> 2 300O fluxo turbulento contm uma ampla gama de tamanhos de turbulncia eddy caractersticas

-Instvel, tridimensional, movimento irregular estocstico em que transportou quantidades (massa, momento, espcies escalares) flutuam no tempo e no espao;

- A imprevisibilidade em detalhe ;

- Grandes escala estruturas coerentes so diferentes em cada fluxo, enquanto pequenos redemoinhos so mais universais.

A energia transferida de turbilhes maiores de turbilhes menores (Kolmogorov Cascata)

- Em grande escala contm a maior parte da energia;

- Nos mais pequenos redemoinhos, energia turbulenta convertida em energia interna por viscoso dissipao.

Caractersticas das estruturas Turbulentos:- Escala Comprimento: l [m]- Escala de velocidade: [m / s]- Escala de tempo: [s]- Forma (no-isotrpicos estruturas maiores)

Viso geral de abordagens computacionais abordagens diferentes para a turbulncia computacionalmente tratveis

(Simulao Numrica Direta)(Simulao Eddy Grande)(Mdias de Reynolds Simulao Navier-Stokes) Numericamente resolver os completos instveis Navier-Stokes Resolve todo o espectro de escalas Nenhuma modelagem necessrio Mas o custo muito proibitivo! No prtico para os fluxos industriais! Resolve o espacialmente mdia de N-S equaes grandes vrtices esto diretamente resolvido,mas turbilhes menores do que a malha so modeladas Menos caro do que o DNS, mas o quantidade de recursos computacionaise os esforos so ainda demasiado grande paramaioria das aplicaes prticas Resolver tempo mdio de Navier-Stokesequaes Todas as escalas de comprimento turbulentas so modeladas em RANS Vrios modelos diferentes esto disponveis Esta a abordagem mais utilizada para o clculo dos fluxos industriais

RANS Modelagem: Justificao

Para a maioria das aplicaes de engenharia, desnecessria para resolver os detalhesas flutuaes turbulentas Ns s precisamos saber como turbulncia afetar o fluxo mdio Para um modelo de turbulncia para ser til se:- Deve ter uma ampla aplicabilidade;Ser precisos;- Simples;- E econmico para executar.

RANS Modelagem: Justificao

As propriedades de fluxo e de velocidade apresentam variaes aleatrias- Estatsticos resultados mdios dos transportes turbulncia responsvel, relacionado mecanismos.- Esta caracterstica permite a modelagem de turbulncia

9RANS Modelagem: mdia

Ensemble mdia (tempo) pode ser usado para extrair as propriedades de fluxo mdiosdesde os instantneos:- A velocidade instantnea, ui, dividido em componentes mdia e flutuante

Exemplo: Desenvolvido totalmenteFluxo Tubo turbulentoPerfil da velocidade Se ns gravamos a velocidade em um determinado ponto no fluido (turbulento) realfluxo, a velocidade instantnea (U) ficaria assim:Velocidades mdias e instantnea

Em qualquer ponto no tempo: U = + u A mdia do tempo da velocidade de flutuao deve ser zero: = 0 MAS, o RMS no necessariamente de zero: =/= 0 Observe que voc vai ouvir de referncia para a energia turbulncia, k. Esta a soma doTrs flutuantes componentes de velocidade: k = 0,5 x [ () + (v) + (w) ] Time-average of velocity

U Instantaneous velocityu velocidade flutuanteRANS Modelagem: Averaging

Assim, os instantneos equaes de Navier-Stokes impulso pode ser re-escrita como Reynolds por mdia de equaes, como a seguir:

- As tenses de Reynolds so desconhecidos adicionais introduzidas pelo clculo da mdia procedimento, portanto, eles devem ser modeladas (relacionada com as quantidades mdias de fluxo) em Para fechar o sistema de equaes que regem

RANS Modelagem: O Problema Encerramento

O tensor de Reynolds Rij = - . i . j deve ser resolvido Os modelos RANS podem ser fechadas de duas maneiras:Reynolds Stress Models (RSM) Rij est diretamente resolvido atravs de equaes de transporte (modelagem ainda necessrio para muitos termos na sequaes de transporte)

RSM mais vantajoso em 3D complexoescoamentos turbulentos com curvatura aerodinmica grande e redemoinho; mas o modelo mais complexo, computacionalmente intensivo, mais difcil do que convergem eddy modelos de viscosidade.Modelos de viscosidade turbulenta Boussinesq hiptese: Tenses de Reynolds so modelados utilizando um redemoinho (ou viscosidade) turbulento, T

A hiptese razovel para turbulento simplesfluxos de cisalhamento: camadas de limite, jatos redondas, misturando camadas, fluxos de canal, etc

Nota: Todos os modelos de turbulncia conter empirismo:- Equaes no pode ser derivada a partir de princpios fundamentais- Algumas solues para calibrar observadas e "adivinhao inteligente" est contido nos modelosUm grande nmero de modelos de turbulncia esto disponveis em CFX, alguns tm muitoaplicaes especficas, enquanto outros podem ser aplicados a uma classe mais ampla de fluxos com um grau razovel de confianaCFX disponveis modelos de turbulnciaRANS Eddy viscosidade Modelos:

1) modelo de equao Zero.2) Padro modelo k .3) RNG modelo k-.4) Padro modelo k-.5) Linha de Base (BSL) modelo k- zonal baseado.6) SST modelo k- zonal baseado.7) (k-) modelo 1E.TRANSPORTE Reynolds Stress Models:

1) LRR Estresse Reynolds2) QI Estresse Reynolds3) Tenso Speziale, Sarkar e Gatski Reynolds4) Modelo SMC-5) Linha de Base (BSL) modelo de estresse ReynoldsModelos de Simulao de Eddy:

1) Simulao de Grandes Vrtices (LES) [passageira]2) simulao de Moradia (DES) * [transitria]3) Escala de Simulao Adaptive SST (SAS) * [transitria]

* Mdulo Turbulncia avanada necessria Um compromisso pragmtico para RANS modelagem Turbulncia:

K- modelos baseados em equaes

Estes modelos ganharam popularidade principalmente porque:

K- modelos desempenho muito melhor do que os modelos k- para camada limite flui- Para a separao, transio, efeitos Re baixas, impacto, o K- modelos maispreciso do que os modelos K-

precisa e robusta para uma ampla gama de camada limite flui com gradiente de presso

Vrios sub-modelos / opes: efeitos de compressibilidade, fluxos de transio e corte de fluxo correesk-omega Modelok- modelos so RANS duas equaes modelos baseados = taxa de dissipao especficaUma das vantagens da formulao k- o tratamento parede perto para clculos baixo nmero de Reynolds projetado para prever o comportamento correto quando integrado parede O K- interruptores modelos entre uma formulao nmero baixo-Reynolds (ie resoluo direta do limite camada) em valores baixos de y+ e uma abordagem da funo de parede em maiores valores y+ enquanto baixas variaes no nmero de Reynolds de modelos k- padro usar funes de amortecimento para tentar reproduzir o comportamento correto parede perto

Modelo SST

Transporte tenso de cisalhamento (SST) Modelo- O modelo de SST um modelo de duas equaes hbrido que combina as vantagens de ambos k- e K- modelos;- K- modelo funciona muito melhor do que os modelos k- para os fluxos de camada limite;- K- inicial Wilcox 'modelo muito sensvel ao valor Freestream (BC) de , enquantok- modelo no propensa a problemas tais

Os modelos k- e k- so misturados de tal forma que as funes de TSM modelo como o k- perto da parede e o modelo k- na Freestream

SST um bom compromisso entre k- e K- modelos

Modelo SST

responsvel pelo transporte da tenso de cisalhamento turbulento e d altamente preciso previses do incio e da quantidade de separao de fluxoPadro k-e no consegue prever a separaoResultado SST e experimentar

SST um bom compromissoTurbulncia perto da paredeA Estrutura de quase-parede Fluxos

Paredes so a principal fonte de vorticidade e turbulncia O perfil de velocidade perto da parede importante:- Queda de presso- Separao- Efeitos de cisalhamento- RecirculaoModelagem perto de parede precisoimportante para a maioria engenhariaaplicaes modelos de turbulncia so geralmenteadequado para modelar o fluxo de fora docamada limite, mas necessidade especialtratamentos perto das paredesO grfico acima mostra no-dimensional velocidade versus no-dimensional distncia a partir da parede. Fluxos diferentes mostram diferentes camada de perfis de fronteiraTurbulncia perto da parede

Turbulncia perto de uma parede Perto de uma parede, a velocidade muda rapidamente

Se o grfico mesma, onde:- Eixos Entrar escala so usados- A velocidade feita adimensional, a partir de U / Ut ()- O vector de distncia da parede feita adimensional

Em seguida, chegamos ao grfico na pgina seguinte. A forma desta geralmente o mesmo para todos os fluxos de:

Turbulncia perto da parede Ao escalar as variveis perto da parede os dados do perfil de velocidade assume umforma previsvel (transio de comportamento linear para logartmica)Escalar o no-dimensionalvelocidade e no-dimensionaldistncia a partir dos resultados de uma paredeperfil camada limite previsvelpara uma grande variedade de fluxos

Como as condies de parede perto so frequentemente previsvel, as funes podem ser usadas para determinar os perfis de parede perto em vez de usar uma malha fina para realmente resolver o perfil

- Estas funes so chamadas de funes de parede ns so necessrios menos normal para a parede quando as funes logartmica com base em parede so usados (em comparao com modelagem parede mais detalhado baixo-Reynolds)Turbulncia perto da parede

Logartmica funes baseadas em parede usado para resolver camada limitePerto de parede resolver abordagemusado para resolver camada limiteDistncia da parede primeiro n refletida pelo valor y +__________ Camada Limite Para as funes logartmica com base em parede, cada centride da parede celular adjacente devem estar localizados no interior da camada de log-lei:

Para o tratamento parede resolvido, cada centride da parede celular adjacente deve ser localizada dentro da subcamada viscosa:

Como estimar o tamanho das clulas de parede adjacentes antes de criar o grade:

Colocao do ponto de grade primeiroy + ~ 10-15 valores deve ser evitado!

y = 11,067 + o ponto de transio exata entre o comportamento linear e logartmico da camada limite

Placa PlanaCanal / Tubo Em algumas situaes, tais como a separao da camada limite, com base logartmica funes da parede no prever corretamente o perfil da camada limiteLimitaes da Funo parede Nesses casos as funes logartmicas baseados parede no deve ser usado Em vez disso, diretamente resolver a camada limite pode proporcionar resultados precisos Nem todos os modelos de turbulncia permitir que as funes de parede para ser desligadoFunes de parede aplicveis Funes de parede no aplicvel

y + para a SST e k- Modelos

Ao utilizar a SST ou modelos k- y + deve ser