Simulação de grandes escalas de escoamentos turbulentos com filtragem temporal via método de volumes finitos [thesis]

Laís Corrêa
A Deus, pelo dom da vida e a Nossa Senhora por iluminar meu caminho ao longo deste trabalho. Aos meus pais, Maria José e Antônio, pelo grande amor, paciência, compreensão e grande apoio ao longo de todos os meus estudos, e também aos meus demais familiares que sempre estiveram ao meu lado nesta caminhada pedindo a Deus que guiasse meu caminho. Ao meu orientador, Fabricio Simeoni de Sousa, pela paciência, disponibilidade, apoio, confiança e, principalmente, pelos seus ensinamentos e orientações.
more » ... ntos e orientações. Ao professor Gilmar Mompean, por todo apoio, paciência e disponibilidade, sempre contribuindo com seus ensinamentos, e também pelo suporte e acolhimento durante a minha estadia em Lille, França. Ao meu namorado e companheiro, Reginaldo, por sempre me apoiar em cada passo e conquista com muita dedicação e carinho. Aos meus amigos e colegas por toda ajuda, compreensão e apoio e, principalmente, pelos bons momentos e risadas. Em especial, aos meus novos amigos, os quais ganhei no doutorado sanduíche na França, Ramon, Maíra e Natália. A todos os professores do LMACC-ICMC/USP pelos ensinamentos e reflexões que me auxiliaram na construção deste trabalho. E aos funcionários do ICMC-USP por toda ajuda. A FAPESP, pelo suporte financeiro concedido para a realização do meu projeto de pesquisa, processos números 2010/16865-2 (bolsa no país) e 2012/17827-2 (bolsa BEPE). Finalmente, agradeço a todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização do meu doutorado. O físico Werner Heisenberg uma vez disse, "Quando eu encontrar Deus, vou fazer-lhe duas perguntas: 'Por que a relatividade?' e 'Por que a turbulência?'. Acredito que ele terá uma resposta para a primeira". RESUMO CORRÊA, L.. Simulação de grandes escalas de escoamentos turbulentos com filtragem temporal via método de volumes finitos. 2016. 99 f. Tese (Doutorado em Ciências -Ciências de Computação e Matemática Computacional) -Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/USP), São Carlos -SP. Este trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de um método numérico para simulação das grandes escalas de escoamentos turbulentos tridimensionais utilizando uma modelagem de turbulência baseada em filtragem temporal (denominada TLES -Temporal Large Eddy Simulation). O método desenvolvido combina discretizações temporais com ordem de mínima precisão 2 (Adams-Bashforth, QUICK, Runge-Kutta), um método de projeção de ordem 2, com discretizações espaciais também de ordem 2 obtidas pelo método de volumes finitos. Esta metodologia foi empregada na simulação de problemas teste turbulentos como o canal e a cavidade impulsionada, sendo este último resultado simulado pela primeira vez com modelagem TLES. Os resultados mostram uma excelente concordância quando comparado com resultados de simulações diretas (DNS) e dados experimentais, superando resultados clássicos obtidos com formulação LES com filtragem espacial. Palavras-chave: Simulação das grandes escalas, Filtragem temporal, Método dos volumes finitos, Escoamento em uma cavidade com tampa deslizante. ABSTRACT CORRÊA, L.. Temporal large eddy simulation of turbulent flows via finite volume method. 2016. 99 f. Tese (Doutorado em Ciências -Ciências de Computação e Matemática Computacional) -Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/USP), São Carlos -SP. The main objective of this work is to develop a numerical method for large eddy simulation of tridimensional turbulent flows using a model based on temporal filtering (TLES -Temporal Large Eddy Simulation). The developed method combines at least 2nd order temporal discretizations (Adams-Bashforth, QUICK, Runge-Kutta), a 2nd order projection method, and 2nd order spatial discretizations obtained by the finite volume method. This methodology was employed to the simulation of turbulent benchmark problems such as channel and lid-driven cavity flows. The latter is simulated for the first time using a TLES turbulence modelling. Results show excellent agreement when compared to Direct Numerical Simulations (DNS) and experimental data, with better results than classical results produced by standard LES formulation with spatial filtering.
doi:10.11606/t.55.2016.tde-27092016-161820 fatcat:ec4qkmdngng3vksgglr24gmika