'EDUFU - Editora da Universidade Federal de Uberlandia'
Abstract
The turbulent flow simulation through the Boussinesq s hypothesis is represented, currently,
by two distinct methodologies, the Large-Eddy Simulation (LES) and the Reynolds Averaged
Navier-Stokes Equations (RANS). New Hybrid RANS/LES methods are in development,
taking off advantage of LES and RANS potentialities through a one only model. The present
work deals with the evaluation of these three methodologies, LES, RANS and Hybrid
RANS/LES through the turbulent backward-facing step flow simulation. This classical flow is
a benchmark for new turbulence models due to the fact that, despite its simple geometry, it
presents a very complex generation of three-dimensional structures, influencing the transition
phenomenon and properties such as characteristics frequencies of vortex emission and reattachment
length. Parallel to this, an inlet turbulent boundary condition influence study
showed that the statistical and topological content of the inlet boundary layer profile can
modify substantially results like reattachment length and pressure coefficient. A recycling
method for generating three-dimensional, time-dependent turbulent boundary layer inflow
data for Large-Eddy and Hybrid RANS/LES simulation is employed. Results for the three
methodologies disclose that Large-Eddy Simulation and Hybrid RANS/LES methods present
very similar descriptions for the turbulent backward-facing step flow, differing from the
RANS s results, where the second order statistical moments are totally suppressed, with
absence of three-dimensional and transient structures.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorMestre em Engenharia MecânicaA simulação numérica de escoamentos turbulentos através da hipótese de Boussinesq é
representada, atualmente, por duas grandes metodologias distintas, a Simulação de
Grandes Escalas (LES Large-Eddy Simulation) e as Equações Médias de Reynolds
(RANS Reynolds Averaged Navier-Stokes). Uma nova metodologia, chamada de Híbrida
RANS/LES, está em desenvolvimento, tirando proveito das potencialidades das
metodologias tradicionais LES e RANS através de um único modelo. O presente trabalho
trata da avaliação das três metodologias, LES, RANS e Híbrida RANS/LES de modelagem
da turbulência através da simulação numérica do escoamento turbulento sobre um degrau.
Os modelos são avaliados através deste escoamento, que apesar de simples
geometricamente, é capaz de gerar um escoamento complexo, com regiões de escoamento
parietal e cisalhante livre. Juntamente com a modelagem da turbulência, um estudo de
imposição de condições de contorno turbulentas na entrada do domínio utilizado revelou que
tão importante quanto o modelo de turbulência, as condições de contorno empregadas
modificam substancialmente os resultados obtidos. Foi implementado um modelo de
geração de contorno baseado no escalonamento de informações internas do escoamento de
forma a satisfazer estatística e topologicamente o caráter turbulento da condição de
contorno na entrada. Resultados para as três metodologias revelam que a Simulação de
Grandes Escalas e métodos Híbridos RANS/LES apresentam descrições muito semelhantes
para o escoamento turbulento sobre o degrau, diferindo dos resultados da metodologia
RANS, onde momentos estatísticos de segunda ordem são suprimidos, com ausência de
estruturas tridimensionais e transientes
